АСУ цементной вращающейся печи (охлаждение клинкера в колосниковом холодильнике)

Размещено на http://www.allbest.ru/

АСУ цементной вращающейся печи (охлаждение клинкера в колосниковом холодильнике)

Введение

В данной курсовой работе мною были рассмотрены вопросы автоматизации процесса обжига цементного клинкера, а именно автоматизация колосникового холодильника, а так же уровень автоматизации в цементной промышленности и перспективы ее развития. В последние годы автоматизация процессов на предприятиях цементной промышленности осуществляется в широких масштабах: в значительных объемах вводятся в действие системы автоматического контроля регулирования отдельных процессов (агрегатов); предусматриваются системы автоматизации с централизованным управлением на всех проектируемых и вновь строящихся заводах; вводятся в действие автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) с УВМ; создаются автоматизированные технологические комплексы (АТК) для заводов с высокопроизводительным оборудованием.

Для отдельных процессов (агрегатов) были разработаны и нашли применение:

системы автоматического контроля и регулирования процессов мокрого помола сырья, помола шихты в процессе получения цемента (в трубных шаровых многокамерных мельницах); эти системы обеспечивают стабилизацию качества получаемой продукции: тонкость помола, химический состав сырьевого шлама или готового цемента и др.;

системы автоматического контроля и регулирования процесса обжига во вращающихся цементных печах, работающих на газообразном топливе; поддержанием температурных режимов и регулированием подачи в печь материалов обеспечивается стабилизация процесса обжига и качество клинкера;

система автоматического контроля и регулирования процесса охлаждения клинкера в колосниковом холодильнике и т. п.

С использованием этих и других систем автоматического регулирования проектируются и внедряются системы комплексной автоматизации цехов, технологических линий, производственных процессов в целом с организацией общих цеховых щитов управления.

В последнее время на цементных заводах широко применяются также автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) с использованием цифровой вычислительной техники (управляющих вычислительных машин и др.).

Главной задачей управления колосниковым холодильником является обеспечение охлаждения клинкера до заданной температуры (обычно 70--50 °С) с одновременной стабилизацией расхода и температуры вторичного воздуха, поступающего в печь. Необходимо также создать условия для предупреждения перегрева' колосников с целью увеличения времени полезной работы холодильника.

Поскольку колосниковый холодильник является составной частью вращающейся печи, система автоматического контроля и регулирования его должна быть частью общей схемы контроля и регулирования печного агрегата. В нашей стране выпускаются колосниковые холодильники типа «Волга» производительностью 35, 50 и 75 т/ч.

Автоматизация процесса обжига цементного клинкера

Цементный клинкер обжигают во вращающихся печах. Вращающаяся печь представляет собой теплообменный технологический аппарат в виде вращающегося со скоростью 0,5--1 об/мин цилиндра, расположенного на опорах. Благодаря наклону (3--5% к горизонту) и вращению цилиндра па опорах сырьевой материал непрерывно перемещается в печи. Цилиндр вращается при помощи привода, устанавливаемого примерно посередине цилиндра.

Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть разделена 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 700° С и дегидратацией минералов сырьевой смеси. В этой зоне происходит лучистый теплообмен между футеровкой и материалом, газом и материалом и регенеративный теплообмен через футеровку.

В следующей зоне -- кальцинирования -- при температуре 850--950° С протекает эндотермическая реакция декарбонизации СаС03 с выделением С02. 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 подъёму температуры материала до 1300° С. Затем происходит клинкерообразова-ние, причем возникающая жидкая фаза играет роль катализатора для образования трехкальциевого силиката при температуре 1400° С. Здесь поглощается большое количество тепла, при этом температура материала является постоянной по длине зоны. В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1000° С. 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.

Автоматизация обжига клинкера во вращающейся печи, работающей на газовом топливе. Назначение системы автоматического регулирования состоит в обеспечении стабилизации качества обжига и снижения расхода топлива при заданной производительности. Иначе говоря, эта система предназначена для поддержания определенной температуры в различных зонах печи, а также температуры отходящих газов. Обязательным условием нормальной работы системы является стабилизация входных параметров -- питания печи шламом и давления газа. Для регулирования указанных величии в системе применены регуляторы температуры зоны кальцинирования и спекания, отходящих газов, а также регуляторы питания печи шламом и давления газа. При этом подача шлама в печь синхронизируется со скоростью вращения печи. Система автоматического регулирования настроена так, что действие каждого регулятора при появлении возмущения в предшествующей зоне сводится к своевременной компенсации отклонения в процессе только до уровня, при котором существенно не нарушается протекание процесса в последующей по ходу движения материала зоне печи.

В газопроводе давление газа перед диафрагмой расходомера стабилизируют регулятором давления прямого действия. Для обеспечения минимального расхода топлива в системе имеется блокирующая цепь, которая ограничивает расход газа в зависимости от содержания кислорода в отходящих газах: если оно ниже предела, определенного условием полного сжигания топлива, то подача топлива не увеличивается; при повышении содержания кислорода в отходящих газах подача топлива не снижается.

В связи с тем, что непосредственно определить влажность материала за цепной завесой при работе печи практически невозможно, о ней судят по косвенному показателю -- температуре отходящих газов. Путем стабилизации температуры отходящих газов поддерживают постоянство влажности материала на данном участке печи. Эту температуру регулируют электронным потенциометром. Установленная в пылеосадителыюй камере (за обрезом печи) термопара измеряет температуру отходящих газов, а показания термопары записывает потенциометр. В случае превышения температурой допустимого предела регулятор воздействует на исполнительный механизм, изменяющий величину открытия жалюзийных шиберов перед дымососом. Регулятор действует прерывисто, незначительно изменяя тягу и ожидая результат каждого своего действия, затем (при необходимости) снова изменяет тягу на незначительную величину, пока не установится необходимая температура. Диапазон изменения тяги ограничен: нижний предел регулирования устанавливают на основе минимально допустимой тяги в зоне спекания, а верхний определяют количеством (в %) допустимого уноса пыли.

В зоне кальцинирования температуру регулируют позиционным регулятором. Температура материала в этой зоне сохраняется в определенных пределах, причем материал поступает в нее подготовленным, и требуется лишь незначительное изменение подачи топлива, чтобы получить хорошее качество обжига клинкера. В связи с этим позиционный регулятор начинает действовать только при понижении температуры материала ниже установленного предела. В зоне кальцинирования температуру измеряют термопарой, установленной в специальном кармане. Внутренняя поверхность кармана автоматически очищается скребками, имеющими вид двух полудуг, которые жестко скреплены с рычагом, находящимся снаружи кармана. При каждом обороте печи в карман поступает новая порция материала.

Термопару устанавливают в кармане так, чтобы при погружении в материал ее показания соответствовали только температуре материала, так как при работе печи на термопару оказывают влияние факторы, искажающие показания: теплоотвод вдоль защитного чехла, снижающий показание, а также излучение футеровки и частиц пыли в газе, повышающие показание термопары.

Регулятор температуры зоны спекания обеспечивает в ней заданный температурный режим и необходимый расход газа. Зона спекания является основной зоной печи -- в ней происходит завершение процесса клинкерообразования. Для получения клинкера хорошего качества необходимо поддерживать в этой зоне определенные температурные условия. Так как измерить истинную температуру материала в зоне спекания чрезвычайно трудно, то температуру материала определяют косвенно при помощи радиационного пирометра. Пирометр воспринимает суммарное излучение материала, футеровки и факела. Однако величину лучистой энергии, воспринимаемой радиационным пирометром, искажает пыль мелких частиц клинкера. Чем меньше пылевая завеса, тем более однозначно определяется пирометром состояние материала в зоне спекания.

Температуру в зоне спекания регулируют при помощи регулятора с жесткой обратной связью, который обеспечивает поддержание заданного соотношения между показаниями радиационного пирометра и расходом топлива. Регулятор управляет поворотной регулирующей заслонкой, установленной на газопроводе перед форсункой.

В системе автоматического' регулирования работы печи между работой регулятора температуры зоны кальцинирования и зоны спекания предусмотрена логическая связь. Если температура материала в зоне кальцинирования окажется ниже установленной нормы, то регулятор температуры в зоне спекания не может уменьшить подачу топлива в печь до тех пор, пока температура в зоне кальцинирования не войдет в норму. Для устойчивой и эффективной работы системы автоматического регулирования необходимо строго соблюдать требования, предъявляемые к технологическому процессу, и, прежде всего к шламу и топливу.

Автоматизация вращающейся печи с циклонным теплообменником, работающей по сухому способу производства. Экономическая эффективность и простота вращающихся печей с циклонными теплообменниками выгодно отличают их от других типов печей, например от печей с конвейерными кальцииаторами.

Вращающаяся печь с циклонными теплообменниками состоит из циклопов, 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; в газоходе сырье подхватывается идущим из печи газовым потоком и поступает в циклоны, в которых основная масса сырьевой муки осаждается. Осажденная часть сырья из этих циклонов возвращается в газоход перед циклоном, где снова подхватывается газовым потоком и поступает в циклон. Осажденная в этом циклоне сырьевая мука поступает в газоход над циклоном 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 1100° С. 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.

Система автоматического контроля и регулирования работы колосникового холодильника

К регулирующим воздействиям, используемым для управления работой холодильника, относятся: изменения общего расхода воздуха, количества аспирационного воздуха и воздуха, вдуваемого вентилятором «острого» дутья, а также скорости движения колосниковых решеток и др.

Эти характеристики, наряду с другими параметрами работы колосникового холодильника, контролируются в большинстве своем средствами промышленной автоматики, но в ряде случаев специально разработанными устройствами. Основные контролируемые параметры: температура вторичного воздуха, давление в вентиляторе «острого» дутья, температура колосника первого ряда, расход общего воздуха, давление под решеткой в горячей камере холодильника, скорость решеток, давление под решеткой в холодной камере холодильника, температура клинкера на выходе из холодильника.

Рассмотрим два основных специализированных устройства контроля, разработанных в период создания системы автоматического контроля и регулирования.

Устройство контроля температуры вторичного воздуха

Одним из наиболее важных показателей работы колосникового холодильника является температура вторичного воздуха, поступающего в печь. Трудность измерения этой температуры объясняется наличием помех от посторонних излучателей (раскаленный клинкер на обрезе печи, раскаленная футеровка печи, запыленность вторичного воздуха).

Контроль температуры вторичного воздуха производится с помощью отсасывающего термоэлектрического преобразователя. Принцип его работы состоит в следующем. Воздух из шахты холодильника просасывается со скоростью 50--70 м/с мимо спая электродов. Двойное экранирование спая от излучателя и большая скорость просасывания воздуха практически исключают влияние лучистого теплового потока на сигналы термоэлектрического преобразователя.

Рис 1. Отсасывающая термопара ТГОС-2

1-первый экран; 2- второй экран; 3-защитная трубка; 4- патрубок; 5-соединительные ребра; 6- отросток для измерения разрежения; 7- спай термоэлектродов;

Как видно из рисунка, термоэлектроды в месте спая защищены двумя концентрическими экранами. Материал экранов- жаропрочная сталь марки Х20Н80Т(ЭИ-435). Для просасывания воздуха мимо спая наружная труба термоэлектрического преобразователя присоединена к источнику, создающему разрежение. Для получения скорости протекания воздуха в отсасывающем термоэлектрическом преобразователе 50--70 м/с достаточно, чтобы падение разрежения на нем составляло 250--300 кгс/м2 (25--30 МПа).

Периодический контроль величины разрежения во всасывающем патрубке осуществляется по U-образному манометру. Измерение разрежения производится при работе термоэлектрического преобразователя, когда через него просасывается воздух. В качестве источника разрежения может быть использован всасывающий патрубок вентилятора «острого» дутья, если он может создать нужное разрежение. Для этого патрубок термоэлектрического преобразователя с помощью переходника подключается к всасывающему патрубку вентилятора и измерительному прибору. Если вентилятор «острого» дутья не обеспечивает нужного разрежения, то следует использовать эжектор, работающий от сжатого воздуха.

При нормальной работе термоэлектрического преобразователя наружный кожух должен быть горячим. Охлаждение его является признаком засорения термоэлектрического преобразователя пылью, просасывающейся через него со вторичным воздухом. Для очистки термоэлектрического преобразователя следует продуть его сжатым воздухом. Периодичность очистки зависит от запыленности вторичного воздуха.

В связи с тем, что температура вторичного воздуха в различных точках сечения шахты при одном и том же режиме различна, необходимо выбрать такое место установки термоэлектрического преобразователя, где бы температура была наиболее близка к среднему значению температуры по всему сечению шахты.

На основании экспериментальных исследований можно рекомендовать установку термоэлектрического преобразователя в горизонтальном сечении шахты на 1 --1,5 м ниже порога печи, примерно посредине длины шахты (вдоль оси печи) на глубину 0,5--1 м со стороны, противоположной падению клинкера с обреза печи. В этом случае отклонение измеренной температуры от средней по всему сечению шахты не будет превышать ±50 °С для разных режимов.

Устройство контроля расхода воздуха. Измерение расхода воздуха общего дутья производится при помощи мультипликатора, представленного на рис. 2.

Рис.2. Мультипликатор

1- полное давление; 2- искусственно созданное статическое давление;

При измерении расхода воздуха в воздухопроводе мультипликатором в измерительной трубке создается местное сужение. Здесь скорость протекания воздуха повышается по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии в суженном сечении вызывает уменьшение потенциальной энергии потока. Соответственно и статическое давление в этом сечении будет меньше, чем в сечении до дроссельного устройства. Воздушный поток, входя в сужающуюся часть насадки, ускоряется, в связи с чем статическая составляющая давления быстро уменьшается.

Отбор статического давления происходит в суженной части описываемого устройства, где статическая составляющая достигает своего минимума. Поскольку величина полного давления измеряется в невозмущенной части потока, перепад между полным давлением и искусственно созданным статическим давлением оказывается больше динамической составляющей потока. Данная пневмометрическая трубка является измерительным элементом с индивидуальной тарировкой.

Мультипликатор устанавливается па прямом участке воздухопровода, не имеющем местных сопротивлений, так, чтобы рабочая часть мультипликатора располагалась в центре воздушного потока.

Для измерения перепада давлений, пропорционального расходу, применяются стандартные дифференциальные тягомеры. Рассмотрим одну из наиболее часто встречаемых на заводах систем автоматического контроля и регулирования процесса охлаждения клинкера в колосниковых холодильниках. Назначение системы -- автоматическое управление работой холодильника, при котором обеспечивается охлаждение клинкера до заданной температуры, увеличивается количество вводимого тепла в печь с вторичным воздухом при одновременной его стабилизации, уменьшается расход электроэнергии, увеличивается срок службы холодильника и облегчается труд обслуживающего персонала.

Схема регулирования состоит из трех систем (рис.3): системы стабилизации расхода воздуха общего дутья с воздействием па направляющий аппарат вентилятора общего дутья и с коррекцией по температуре неподвижного колосника; системы регулирования давления воздуха под колосниковой решеткой горячей камеры холодильника с воздействием на число ходов решетки; системы стабилизации разрежения в горячей головке печи с воздействием на направляющий аппарат дымососа аспирационной установки.

Рис. 3. Функциональная схема регулирования колосникового холодильника.

Тв.в.- температура вторичного воздуха; Рг.п.- разрежение в горячей головке печи; Тк- температура колосника; Рр- давление под решеткой; Ткл- температура клинкера; Qв- расход общего воздуха; nр- скорость движения решетки; Р1- регулятор общего расхода воздуха; Р2- регулятор скорости движения решетки; Р3- регулятор температуры колосника; Р4- регулятор аспирационнго отбора; ИМ- исполнительный механизм; Г- генератор; М- двигатель;

Рассмотрим работу каждой системы регулирования отдельно.

Регулирование расхода воздуха общего дутья

Система стабилизации расхода воздуха общего дутья является основной системой регулирования. При изменении грануляции клинкера или толщины слоя клинкера на решетке количество воздуха не остается постоянным: при мелком клинкере или большом слое расход воздуха уменьшается, при крупном клинкере или небольшом слое - увеличивается. Система стабилизации расхода воздуха общего дутья поддерживает этот расход постоянным.

В разработанной системе расход воздуха измеряется непосредственно. Перепад, создаваемый на мультипликаторе, подается на дифференциальный тягомер, где преобразуется в электрический сигнал, поступающий на регулятор. Схема осуществляет астатическое регулирование. Исполнительный механизм воздействует на направляющий аппарат общего дутья.

Важным параметром работы холодильника является температура колосника. Она не должна превышать заданного значения. В противном случае ее необходимо быстро снизить (до установленного значения), увеличив расход воздуха общего и «острого» дутья. В схеме это осуществлено путем коррекции задания регулятора общего расхода в зависимости от температуры колосника Тк. В случае нагрева колосника выше заданной температуры замыкается контакт позиционного регулятора, встроенного в электронный потенциометр, регистрирующий Тк, который в свою очередь замыкает цепь реле. Последнее своим замыкающим контактом подключает к измерительному мосту регулятора сопротивление. Уменьшение задания происходит только после снижения Тк до заданного значения.

Для более интенсивного охлаждения колосника в случае увеличения его температуры выше заданной увеличивается расход воздуха «острого» дутья.

В случае засорения минусовой импульсной трубки мультипликатора (при работающей автоматике) регулятор может закрыть направляющий аппарат вентилятора общего дутья до остановки двигателя исполнительного механизма конечным выключателем, в результате создается такое положение, когда воздуха, поступающего в печь, будет недостаточно для сгорания топлива. Поэтому настройке нижнего путевого выключателя следует уделить особое внимание.

Направляющий аппарат вентилятора общего дутья должен оставаться всегда открытым настолько, чтобы воздуха, нагнетаемого вентилятором в печь, хватало для сгорания топлива. Величину минимального открытия определяют следующим образом. В течение пяти-семи смен находят пределы регулирования направляющего аппарата по дистанционному указателю положения при работе регулятора, затем выставляют путевой выключатель на значение, соответствующее минимальному пределу регулирования. После установки путевого выключателя необходимо проверить, достаточно ли воздуха для сгорания максимально допустимого количества топлива, подаваемого в печь.

Определение исходных данных для настройки регулятора производится отдельно для каждого холодильника. Величина пульсации расхода общего дутья Qобщ. д не должна превышать ±2,5 мм вод. ст.

Настроечными параметрами регулятора являются: среднее значение расхода воздуха, зона нечувствительности, цена деления задатчика, время изодрома, скорость обратной связи и длительность импульса.

Выше уже было сказано, что одной из основных задач системы регулирования является улучшение теплосъема с клинкера и охлаждение его до определенной температуры.

Увеличение теплового КПД холодильника происходит при рациональном снижении количества воздуха, проходящего через него. Однако для уменьшения температуры клинкера необходимо увеличивать количество воздуха, подаваемого в холодильник. Начиная с некоторого значения Qобщ.д. температура клинкера не снижается. Это объясняется тем, что на горячей решетке клинкер отдает максимальное количество тепла с поверхности, а затем перемешается па холодную решетку, под которую воздух почти никогда не подается (даже если воздух и подается под холодную решетку, то в печь он не идет, а отбирается дымососом аспирации).

Таким образом, увеличение расхода воздуха сверх определенного значения не дает эффективного результата. Дальнейшее снижение температуры клинкера достигается уменьшением скорости решетки. Но уменьшение скорости решетки может сопровождаться ростом температуры колосников, поэтому среднее значение расхода воздуха выбирается при минимально допустимой скорости решетки достаточным для охлаждения крупного клинкера.

Остальные настроечные параметры регулятора определяются аналогично описанному ранее.

Регулирование давления воздуха под колосниковой решеткой горячей камеры холодильника

автоматизация цементная печь холодильник

При регулировании общего расхода воздуха обеспечивается стабилизация его количества, проходящего через слой охлаждаемого материала. Это дает возможность подавать минимальный объем воздуха, определяемый из условий работы печи.

Количество тепла, возвращаемого в печь со вторичным воздухом при стабилизации общего расхода, определяется толщиной слоя клинкера на решетке, крупностью его и температурой. Очевидно, чем мельче клинкер, тем быстрее он отдает тепло воздуху, и наоборот. Следовательно, для того чтобы крупный клинкер больше отдал тепла, его надо задержать на решетке; мелкий клинкер можно транспортировать быстрее. Давление в у подрешеточном пространстве горячей камеры используется в качестве косвенного параметра, характеризующего сопротивление слоя, зависящее от крупности клинкера и толщины слоя.

В разработанной системе для улучшения теплоиспользования холодильника применяется статический (пропорциональный) регулятор, воздействующий на скорость движения решетки с жесткой обратной связью по положению регулирующего органа, который управляет числом ходов решетки.

Давление под решеткой горячей камеры холодильника измеряется дифференциальным тягомером, где преобразуется в электрический сигнал, подаваемый на один из мостов регулятора. Обратная связь осуществляется от индукционного датчика, встроенного в регулятор возбуждения генератора двигателей решеток холодильника.

Величина пульсации давления под горячей решеткой не должна превышать 10 % от диапазона изменения. Настроечными параметрами регулятора являются: выбор соотношения под решеткой горячей камеры Рг.к. и скорости решетки холодильника Vp, зона нечувствительности, цена деления задатчика, скорость обратной связи, длительность импульса, время изодрома.

Выбор соотношения Рг.к. и Vp должен осуществляться с учетом улучшения теплосъема клинкера, находящегося на решетках холодильника. Косвенным параметром, характеризующим съем тепла, является температура вторичного воздуха Тв.в. При постоянном количестве клинкера на решетке и постоянном расходе воздуха через холодильник величина Тв.в. будет меняться в зависимости от гранулометрии клинкера и скорости движения решетки холодильника Vp.Поэтому для выбора отношения Рг.к. и Vp необходимо установить зависимость температуры вторичного воздуха:

Тв.в.= f(Vp.) при Qобщ.д=const

для крупного, среднего и мелкого клинкера.

Установлено, что для стабилизации Тв.в. выгодно менять скорость движения решетки холодильника в зависимости от гранулометрии клинкера. Для введения коррекции по гранулометрии клинкера следует пользоваться косвенными параметрами, характеризующими гранулометрию. Одним из них является давление в подрешеточном пространстве горячей камеры.

Исходя из вышеизложенного, надо установить зависимость давления в горячей камере холодильника от гранулометрии клинкера на решетке d:

Рг.к.= f(d) при Qобщ.д=const и Vp=const

Рассматривая указанные зависимости, можно сделать вывод, что для стабилизации Тв.в. следует поддерживать определенное соотношение давления под решеткой горячей камеры и скорости движения решетки холодильника, т. е. соблюдать зависимость Рг.к.=f(Vp). Последняя выбирается в результате анализа графиков зависимостей Тв.в.= f(Vp.) и Рг.к.= f(d) снятых при разных скоростях движения решеток. Верхний и нижний пределы скорости решетки определяются паспортными данными холодильника.

Пределы давления в подрешеточном пространстве находят при стабилизированном расходе общего дутья: верхний предел-при мелком клинкере, нижний -при крупном. По графику зависимости Рг.к.=f(Vp). производят настройку регулятора. Зависимость Рг.к.=f(Vp) в схеме реализуется при помощи обратной связи от индукционного датчика, встроенного в регулятор возбуждения.

Настройка индукционного датчика заключается в том, что при средней скорости движения решетки холодильника добиваются равенства напряжений на обеих обмотках индукционного датчика. Для выбора положения ручек настройки устанавливают зависимости напряжения на выходе измерительного блока от значений регулируемого параметра для первого и второго мостов регулятора, образованных подключением датчиков к измерительным обмоткам трансформатора, при разных положениях ручки чувствительности. По установленным зависимостям строят характеристики.

Из полученной зависимости Рг.к.=f(Vp) выбирают статизм:

д=Д Рг.к./ Д Vp

Задавшись указанными соотношениями, из построенных характеристик выбирают соответствующие чувствительности мостов измерительной схемы регулятора.

Допустим, что нами установлено: изменение давления под решеткой от Р1 до Р2 должно соответствовать изменению скорости движения решетки от V1 до V2. При выборе рабочих характеристик надо руководствоваться тем, что разность напряжений на выходе с первого моста при изменении давления от Р1 до Р2 должна равняться разности напряжений на выходе со второго моста при изменении скорости решетки от V1 до V2.

Регулирование разрежения в горячей головке печи

Система предназначена для поддержания постоянного разрежения в горячей головке печи, что позволяет сократить количество подсасываемого через эту головку холодного воздуха, а следовательно, способствует повышению температуры воздуха, поступающего в печь, улучшению условий работы машиниста.

Стабилизация разрежения в горячей головке печи осуществляется путем воздействия на направляющий аппарат дымососа аспирации. Сигнал от дифманометра поступает на регулятор РП, настроенный таким образом, чтобы разрежение поддерживалось в заданных пределах.

Величина пульсации разрежения в горячей головке не должна превышать 20--40 Па. Параметрами настройки являются: минимальное значение разрежения; зона нечувствительности; цена деления задатчика; скорость обратной связи и. длительность импульса.

Минимальное значение разрежения выбирается таким, при котором не происходит выбросов факела из печи и нет излишней запыленности.

В настоящее время, наряду с рассмотренной системой, на некоторых цементных заводах отрабатывается другая система автоматического контроля и регулирования процесса охлаждения клинкера в колосниковых холодильниках. Она состоит из следующих контуров:

регулирования расхода общего воздуха по суммарному изменению температур первой колосниковой решетки и клинкера;

регулирования скорости решеток по максимуму одного из следующих параметров сопротивления слоя клинкера на первой колосниковой решетке, температуры колосниковой решетки, тока двигателя решетки горячей камеры;

регулирования положения шиберов на воздуховодах горячей и холодной камер по изменению температур первой колосниковой решетки и клинкера на выходе холодильника;

стабилизации разрежения в горячей головке печи путем изменения положения шибера перед аспирационным дымососом.

Автоматизация колосникового холодильника

Современные мощные вращающиеся печи оснащают холодильниками переталкивающего типа. Наиболее широкое распространение нашли колосниковые холодильники типа «Волга» с горизонтальной колосниковой решеткой. Назначение их состоит в обеспечении охлаждения цементного клинкера, выходящего из вращающейся цементной печи, и возврата в печь отобранного от клинкера тепла.

Цементный клинкер, имеющий на выходе из печи температуру 1100° С, поступает на колосниковую решетку холодильника. Подвижные колосники холодильника благодаря возвратно-поступательному движению перемещают клинкер по колосниковой решетке. В процессе этого перемещения клинкер охлаждается холодным воздухом, который продувается при помощи вентиляторов острого и общего дутья через зазоры между колосниками и Через слой клинкера. Вентиляторы острого дутья подают воздух снизу непосредственно на падающий из печи на решетку раскаленный клинкер. Часть воздуха (70---80% общего количества воздуха, участвующего в процессе), нагретого теплом клинкера, поступает в печь для обеспечения сжигания топлива. Это -- вторичный воздух. Избыточный воздух, составляющий 20--30% общего количества, отбирается из холодильника дымососом и через устройства для его очистки и дымовую трубу выбрасывается в атмосферу.

Проходя через холодильник, клинкер охлаждается до температуры 50--70° С, на выходе из холодильника измельчается установленной здесь дробилкой, поступает на клинкерный конвейер и далее на склад. Мелкий клинкер, просыпавшийся через колосниковые решетки холодильника, подается цепными конвейерами просыпи, установленными под колосниковыми решетками, на основной клинкерный конвейер. Пыль, осажденная в аспирационной установке, . ячейковым питателем и транспортным шнеком подается на тот же клинкерный конвейер.

В проектах современных цементных заводов предусмотрена подача клинкера не на склад, а непосредственно в бункера цементных мельниц. Это стало возможным благодаря применению новых колосниковых холодильников, обеспечивающих охлаждение клинкера до необходимой для помола температуры. При использовании рекуператорных холодильников клинкер имеет еще высокую температуру и его следует дополнительно охлаждать на клинкерном складе, а потом уже размалывать.

Электроприводами механизмов холодильника управляют дистанционно со щита машиниста печи. В соответствии с этим в управлении предусмотрены необходимая электрическая блокировка и местное управление без блокировки, которое служит только для наладочных и ремонтных работ. Переключатели видов управления расположены в распределительном пункте. Дистанционному пуску механизмов предшествует подача предпускового сигнала, после чего последовательно вводят в работу дробилку, вентилятор общего дутья, вентилятор острого дутья, конвейеры просыпи, колосниковые решетки. Вентиляторы острого и общего дутья включают при закрытых шиберах на всасе. Охлажденный клинкер можно подавать и в обход дробилки. Установленную для этой цели поворотную решетку ставят в положение «В обход дробилки». Механизмы холодильника вводят в работу в прежней последовательности. Механизмы пылеулавливающей установки холодильника включают в такой последовательности: дымосос, транспортный шнек, ячейковый питатель.

Когда холодильник работает на дистанционном управлении, его автоматическая блокировка действует следующим образом. В случае остановки привода колосниковых решеток цементная печь автоматически останавливается и подача горячего клинкера на колосниковую решетку холодильника прекращается. При этом другие механизмы колосникового холодильника -- вентиляторы общего и острого дутья, конвейеры просыпи, дробилка -- продолжают работать. Если выходит из строя вентилятор общего или острого дутья, то цементная печь также останавливается, подача горячего клинкера на колосниковую решетку холодильника прекращается, но приводы колосниковых решеток, конвейер просыпи и дробилка продолжают работать. При остановке одного или двух конвейеров просыпи приводы колосниковых решеток холодильника . и цементная печь автоматически останавливаются; продолжают работать вентиляторы общего и острого дутья и дробилка. Если остановится дробилка, то перекидная решетка перед дробилкой автоматически переключается в положение «В обход дробилки», остальные механизмы работают нормально.

При остановке дымососа пылеулавливающей установки холодильника автоматически закрывается шибер на всасе и открывается шибер дымовой трубы, но при этом ячейковый питатель и конвейер продолжают работать. При выходе из строя конвейера автоматически останавливается ячейковый питатель, но дымосос продолжает работать. Остановка же ячейкового питателя не влечет за собой остановку транспортного шнека и дымососа, однако при необходимости они могут быть остановлены машинистом печи, который должен нажать соответствующую кнопку. Для аварийной остановки в схеме управления механизмами холодильника предусмотрена возможность отключения отдельных механизмов. Аварийные выключатели устанавливают вблизи самих механизмов.

В схеме предусмотрен автоматический контроль основных технологических параметров холодильника: температуры подколосниковой плиты первого ряда подвижных колосников горячей решетки холодильника при помощи специально изогнутой термопару; температуры воздуха на входе в печь -- отсасывающей термопарой; температуры сбрасываемого воздуха -- термопарой, установленной в трубопроводе из холодильника к дымовой трубе; давления вентилятора общего дутья; давления вентилятора острого дутья; разрежения под колосниковыми решетками; числа ходов колосниковых решеток горячей и холодной зон холодильника; положения регулирующих органов -- шиберов, воздухопроводов, направляющих агрегатов. Показатели всех указанных приборов вынесены на центральный щит машиниста печи, который непрерывно за ними наблюдает.

В соответствии с назначением колосникового холодильника автоматическое регулирование обеспечивает необходимое охлаждение клинкера, возврат в печь постоянного количества воздуха, нагретого до определенной температуры, и надежность работы всей холодильной установки в условиях высоких температур. Для этого предусмотрены три системы автоматического регулирования:

1) система автоматической стабилизации давления под колосниковой решеткой горячей зоны холодильника путем изменения числа ходов колосниковой решетки;

система автоматической стабилизации разрежения над колосниковой решеткой за счет воздействия на шибер, находящийся перед дымососом пылеулавливающей установки холодильника;

система автоматического регулирования температуры подколосниковой плиты первого ряда подвижных колосников горячей решетки холодильника за счет воздействия на шибер вентилятора общего дутья, установленного на всасе. При помощи этой системы стабилизируется температура колосниковой решетки.

Первые две системы позволяют косвенно стабилизировать количество воздуха, подаваемого из холодильника в печи, и его температуру, а также температуру выходящего клинкера. Это достигается регулированием числа ходов решеток горячей и холодной зон, что зависит от конкретных условий, в которых работает холодильник, и от способности колосниковых решеток к транспортированию клинкера. При этом соотношение числа ходов колосниковых решеток должно оставаться постоянным. Давление над колосниковой решеткой поддерживается регулятором возбуждения генератора, питающего электродвигатели колосниковых решеток.

Нормальную эксплуатацию колосниковых холодильников обеспечивают следующими видами сигнализации:

1) принудительной предпусковой сигнализацией (звуковой и световой), которая предназначена для оповещения обслуживающего персонала в случае дистанционного пуска механизмов;

2) сигнализацией нормальной работы и аварийного состояния каждого отдельного механизма холодильника; при нормальной работе всех механизмов холодильника лампы горят ровным светом и при их нормальной остановке не горят совсем, при аварийной остановке лампы мигают, и, кроме того, подается аварийный звуковой сигнал;

3) сигнализацией при температуре подколосниковой плиты выше 150° С; включается мигающий красный свет и звуковой сигнал.

Автоматизация вращающейся печи с колосниковым холодильником. Оснащение печей большого размера колосниковыми холодильниками вызвано тем, что при производительности печей свыше 35 т/ч рекуператорные холодильники не обеспечивают нужное охлаждение клинкера из-за ограниченных размеров. Увеличить же размеры рекуператоров не представляется возможным по конструктивным соображениям. Поэтому системы автоматизации современных мощных печей производительностью 50 и 70 т/ч (размеры соответственно 4,5 х 170 и 5 х 185 м), оснащенных колосниковыми холодильниками, имеют некоторые, особенности, которые определяются в основном системой охлаждения клинкера (автоматизация колосникового холодильника была рассмотрена выше).

Назначение системы автоматизации вращающейся печи с колосниковым холодильником, работающей на газообразном топливе, состоит в стабилизации процесса обжига во вращающейся печи, обеспечении минимального расхода топлива, увеличении срока стойкости футеровки, повышении производительности печи и качества клинкера. Система автоматизации обеспечивает регулирование следующих основных параметров.

Регулирование теплового режима по температуре в конце зоны сушки и на подходе материала к зоне кальцинирования. В качестве измерителей температуры приняты термопары, сигналы которых поступают на автоматические самопишущие и показывающие потенциометры. Регулируют температуру поворотом заслонки форсунки, по которой поступает топливо. В соответствии с температурным режимом в печи заданием устанавливают, что в конце зоны сушки температура должна поддерживаться 300° С ± 30° и на подходе к зоне кальцинирования -- 580° С ± 25°.

Регулирование аэродинамического режима по величине перепада давления в пыльной, камере (относительное изменение количества дымовых газов) путем изменения положения шибера дымососа. В качестве измерителя перепада давления применен колокольный дифманометр, сигнал с которого подается на регулятор. При изменении ввода топлива в печь соответственно изменяется количество вторичного воздуха (соотношение топливо -- воздух).

Стабилизация разрежения в головке печи изменением количества воздуха, подаваемого вентиляторами общего дутья в горячую камеру. В качестве прибора для замера разрежения в головке печи применен дифманометр колокольного типа, сигнал от которого поступает на электронный регулирующий прибор. Этот прибор воздействует на шибер, который изменяет количество воздуха, подаваемого в горячую камеру колосникового холодильника.

Стабилизация температуры вторичного воздуха изменением высоты слоя клинкера на колосниковой решетке путем регулирования скорости движения решеток холодной и горячей камер. Температуру вторичного воздуха замеряют отсасывающей термопарой, сигнал с которой поступает на электронный регулирующий прибор. Распределение в колосниковом холодильнике потоков воздуха, подаваемого в печь. Колокольный дифманометр замеряет величину перепада давлений под решетками холодной и горячей камер холодильника. Сигнал с дифманометра подается на электронный регулирующий прибор, который поддерживает заданный перепад путем изменения положения шибера на линии подачи воздуха в холодную камеру холодильника.

Заключение

Как было показано выше, сегодняшний уровень автоматизации процесса обжига довольно высок. Разработаны и внедрены специализированные устройства и средства контроля, освоены и успешно эксплуатируются на агрегатах обжига многочисленные датчики общепромышленного назначения, изучены физико-химические процессы, протекающие в печах, на многих цементных заводах страны внедрены локальные системы автоматического контроля и регулирования процесса обжига.

Естественным поэтому оказался переход на следующую, более высокую, ступень автоматизации технологических процессов на базе использования управляющей вычислительной техники. Как уже отмечалось, такой переход в 1970-х годах был осуществлен на Себряковском цементном заводе им. П. А. Юдина, где в настоящее время успешно функционирует первая в нашей стране автоматизированная система управления цементным производством (АСУ «Цемент-1)

Размещено на Allbest.ru