Автоматика цементной мельницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

2. Раздел 1. Описательный раздел

2.1 Обоснование точек отбора параметров контроля и работы системы

2.2 Обоснование параметров регулирования

2.3 Составление и описание структурной схемы системы автоматизации

2.4 Описание принципиальной и монтажной схем управления и защиты главного привода мельницы

2.5 Монтаж и компоновка щитов управления главного привода

3. Раздел 2. Расчетный раздел

3.1 Расчет основного оборудования главного привода мельницы

1. Введение

1.1 Краткое описание и обоснование необходимости автоматизации производства

В этом курсовом рассматривается процесс изготовления цемента, стоит уделить немного внимания описанию этого процесса и его способам. Существует три способа производства цемента. В зависимости от подготовки сырьевых материалов к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный (полусухой) способы производства цемента.

При мокром способе дробления сырьевые материалы перемешиваются, измельчаются и корректируются с добавлением воды. Получаемая при этом смесь сметанообразной консистенции влажностью 32-45% называемая «шлам» подается на обжиг-печной агрегат.

При сухом способе дробленые сырьевые материалы перемешиваются, измельчаются с одновременной сушкой и корректируются. Получаемый порошок влажностью до 1% называемый сырьевой мукой, подается на обжиг-печной агрегат.

При комбинированном способе «шлам» подготовленный по мокрому способу подвергается глубокому обезвоживанию в фильтрах, получающийся в результате такой обработки «кек» влажностью 10-20% подается сразу на обжиг-печной агрегат или после измельчения с одновременной сушкой в печной агрегат с циклонными теплообменниками или с конвейерным кальцинатором.

Выбор способа производства определяется технологическими и технико-экономическими факторами. Наиболее простым является мокрый способ.

В укрупненном виде цементное производство можно разделить на следующие технологические переделы:

а) Добыча - первичная обработка сырья в горном цехе (карьере) и доставка его на территорию цементного завода;

б) Подготовка сырья в сырьевом цехе - измельчение и обеспечение однородности сырья заданного химического состава. При сухом способе производства также предварительная сушка сырья в процессе изменения.

в) Типовая обработка сырья в печных агрегатах цеха обжига с получением клинкера - исходного полуфабриката для производства цемента.

г) Измельчение клинкера с различными добавками в помольных агрегатах цеха помола с получением цемента различных назначений и марок. Подача цемента в силосы и хранение цемента.

д) упаковка и отгрузка цемента потребителю.

2.1 Обоснование точек отбора параметров контроля и работы системы

Автоматическая блокировка электродвигателей делает невозможным включение электродвигателей того или иного агрегата в недопустимой последовательности и предупреждает аварии при непредвиденной остановке того или иного аппарата. Так, например, сблокированы электродвигатели питателя дробилки, и транспортера, установленного за ней.

При этом дробилка не включается в работу раньше транспортера, а питатель раньше дробилки. При остановке транспортера автоматически останавливаются дробилка и питатель.

Автоматическая сигнализация необходима для того, чтобы немедленно оповестить обслуживающий персонал об аварии того или другого механизма, о недопустимых отклонениях в технологическом процессе, об аварийном состоянии оборудования, а также о других ненормальностях в работе. При появлении этих ненормальностей автоматически подается световой или звуковой сигнал на щит управления. Автоматическая защита останавливает механизмы в случае аварии, сто позволяет избежать завала помещений перерабатываемым материалом.

Автоматическое регулирование процесса помола должно обеспечить заданную тонкость помола готового продукта при максимальной производительности мельницы, постоянство дозировки отдельных компонентов при измельчении смеси материалов, а при мокром помоле - постоянную заданную влажность шлама. Автоматизация обеспечивает ритмичность работы всей помольной установки, так как при этом мельницы работают в заданном режиме и исходные материалы дозируются в строго определенном соотношении.

Постоянная дозировка исходных материалов при подаче их в мельницу достигается установкой точных дозаторов, сблокированных между собой и с мельницей. Отклонение в подаче материала одним дозатором фиксируется приводным механизмом других дозаторов и соответствующим образом изменяется скорость подачи ими материала.

В зависимости от технологической схемы осуществляется раздельное или совместное измельчение сырьевых компонентов. При этом мокрый способ производства предусматривает ввод в сырьевую смесь воды (измельченная смесь в данном случае называется шламом); при сухом способе производства сырьевая смесь (мука) в измельчительном агрегате досушивается горячими газами.

В отечественной практике для мокрого помола используют шаровые барабанные мельницы открытого цикла, нескольких типоразмеров, а также мельницы самоизмельчения типа «Гидрофол»; сухое измельчение сырья производится в шаровых барабанных мельницах типа «Аэрофол». В ближайшие годы технологические линии будут оснащаться также вертикальными тарельчато-валковыми мельницами.

В качестве автоматических устройств, при этом используют регуляторы соотношения. В этом случае особое значение приобретает постоянство влажности материала, так как изменение содержания в материале влаги вызывает изменение соотношения в сырьевой смеси твердых компонентов, а последнее определяет химический состав клинкера.

Режим работы мельницы в основном зависит от степени ее загрузки. Вредна как недогрузка, так и перегрузка мельницы. В первом случае материал слишком сильно измельчается, что приводит к снижению производительности мельницы. Во втором случае материал измельчается недостаточно и в результате резко ухудшается качество клинкера.

Существуют различные методы контроля режима работы мельницы. Наиболее простым является метод, основанный на связи степени загрузки мельницы и производимого ею шума. Чем больше заполнена мельница материалом, тем глуше звук ( ниже частота звука). Более высокая частота звука свидетельствует о недогрузке мельницы. Звук, издаваемый мельницей, улавливается микрофоном, после соответствующих преобразований импульс передается исполнительному механизму приводов питателей и автоматически перестраивается их работа.

Показания всех измерительных приборов, контролирующих работу механизмов помольной установки и качество помола, передаются на щит управления, установленный в операторской. Машинист следит за показаниями приборов и соответствующим образом управляет технологическим процессом помола.

Для ускорения процесса помола допускается введение до 1% специальных добавок (поверхностно- активные вещества, уголь и др.). Наибольшее применение в качестве интенсификатора процесса помола получили триэтанол-амин и смесь его с сульфитно-спиртовой бардой (1:1).

Необходимо следить за влажностью подаваемых в мельницу материалов, чтобы не были превышены допустимые пределы (0,5% для клинкера, 2% для добавок и 10% для гипсового камня). С повышением влажности производительность мельниц снижается, так как замазываются решетки, а к стенкам мельницы и шарам прилипает материал.

При этом цемент приобретает способность слеживаться, что затрудняет его транспортирование и выгрузку из силосов, а также ухудшает качество. Вредное влияние влаги до некоторой степени может быть уменьшено за счет интенсивной аспирации мельниц.

Мокрый способ производства.

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты.

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению - дроблению, а затем тонкому - помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или болтушках в присутствии большого количества воды.

При использовании в качестве известнякового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твердый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу.

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов, позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подается в определенном соотношении, соответствующим требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CaCO3 ( называемый титром ) и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий сметанообразную массу с содержанием воды 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда его равномерно сливают в печь.

Для обжига клинкера при мокром способе производства используют вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длинной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000 - 3000 т клинкера в сутки.

Барабан печи устанавливается с уклоном 3 - 40 . шлам подают с поднятой стороны печи - холодного конца, а топливо в виде газа, угольной пыли или мазута вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца).

В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы продвигаются по печи в сторону ее горячего конца. В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала - до 15000 С, газов - до 17000 C, и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газа вдоль печи снижается с 1700 до 150 - 2000 C.

Из печи клинкер отправляют в холодильник, где охлаждается движущимся ему навстречу холодным воздухом.

Перед помолом клинкер дробят до зерен 8 - 10 мм, Чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества.

Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20 - 30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8 -10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.

Далее полученный цемент отправляют на специальные склады хранения, где его упаковывают и транспортируют потребителю.

Для выполнения всех технологических операций производства портландцемента применяется разнообразное оборудование - дробилки, мельницы, печи и т.д., которое объединяется в поточную линию.

2.2 Обоснование параметров регулирования

Трубные шаровые мельницы служат для мокрого измельчения сырья. В них непрерывным потоком подается размалываемый материал и вода. В процессе измельчения должна обеспечиваться стабилизация влажности и тонкости помола шлама, а также поддержание их значений на заданных технологической картой величинах. При этом влажность шлама должна быть минимальной, так как избыточное содержание воды в шламе приводит к дополнительным затратам топлива на ее испарение в печах. В то же время в шламе должно содержатся столько влаги, чтобы он беспрепятственно проходил мельницу и печь, а также перекачивался насосами. В системах контроля и регулирования широко применялись индикаторы вязкости, показания которых связаны с влажностью шлама.

Тонкость помола зависит как от расхода сырья, подаваемого в мельницу, так и от его размалываемости. Расход сырья контролируется дозаторами или тарельчатыми питателями. Измерение размалываемости сырья представляет значительные трудности. Поэтому для контроля факторов, связанных с размалываемостью, применяют косвенные методы.

Одним из таких факторов является уровень заполнения мельницы материалом, поскольку при неизменной производительности он зависит от размалываемости сырья.

Как нам уже известно, уровень материала в шаровой мельнице измеряют вибрационным (или электроакустическим) методом.

Вязкость шлама на выходе из мельницы измеряется индикатором вязкости. Значительное время запаздывания в мельнице затрудняет управление расходом воды непосредственно по индикатору вязкости. Поэтому в качестве косвенного, статически связанного с ним промежуточного параметра, отражающего изменение вязкости шлама, используется сигнал другого вибрационного устройства, установленного в так называемой зоне шламообразования, расположенной от входа на расстоянии 35 - 40% длины мельницы.

Перечисленные параметры, а также результаты измерения расхода воды (индукционным расходомером или дифманометром), известняка и добавок (по положению ножа тарельчатого питателя или с помощью дозирующих устройств) представляются оператору на показывающих, записывающих приборах или на дисплее и печатающих устройствах.

Для изучения мельницы как объекта регулирования и построения основных технологических зависимостей с помощью системы контроля и дистанционного управления определяются связи между технологическими величинами. Так на рисунке 1 приведены зависимости сигнала УКЗМ1 в зоне дробления f1 от производительности мельницы Qc при различном гранулометрическом составе материала, который является одним из показателей размалываемости.

Линия 3 характеризует наиболее крупный и трудноразмалываемый материал, 2 - средний, 1 - легко размалываемый

а) б)

F1 f2

Qc Qb

Уровень загрузки первой камеры мельницы материалом в зоне дробления зависит не только от производительности мельницы, но и от размалываемости сырья. При неизменной производительности мельницы трудноразмалываемый материал недоизмельчается, а легкоразмалываемый размалывается до чрезвычайно малых частиц. В то же время поддержание постоянного уровня загрузки первой камеры, т.е. величины f1, приводит к обратному явлению: подача в мельницу легкоразмалываемого сырья столь велика, что шлам на выходе будет грубого помола. Вынесенная на график линия 4 является линией постоянного значения тонкости помола p.

Таким образом, стабилизация заданной тонкости помола достигается путем поддержания определенного соотношения между изменениями величин сигнала УКЗМ1 - ?f1 первой камеры и производительности ?Qc. Зависимость сигнала УКЗМ2 в зоне шламообразования f2 от изменения расхода воды Q при различных расходах материала в мельницу Qc имеет вид, показанный на рисунке б. Из графика следует, что при постоянном значении Qc увеличение расхода подаваемой в мельницу воды приводит к увеличению сигнала УКЗМ2, и наоборот. Если установить новое значение Qc, то линия переместится почти параллельно самой себе. Таким образом, сигнал УКЗМ2 в зоне шламообразования зависит от расхода материала, изменение которого вызывает изменение уровня в зоне и от расхода воды. Следовательно, сигнал УКЗМ2, установленный в зоне шламообразования, может быть использован в качестве промежуточного параметра для регулирования вязкости шлама.

Нанесенная на график линия 4 является линией равных значений вязкости шлама. Стабилизация заданной вязкости шлама u достигается путем поддержания определенного соотношения между изменениями величины ?f2 и расходом подаваемой в мельницу воды ?Qb. Изменение гранулометрического состава и расхода и расхода подаваемого в мельницу материала, вызывая изменения уровня смеси в зоне шламообразования, компенсируются пропорциональным изменением расхода воды с помощью УКЗМ2.

Сигналы вязкости и тонкости помола шлама непосредственно подать на вход регулирующего прибора нельзя, из-за значительного транспортного запаздывания и возможной «раскачки» системы. Если же на вход регуляторов подавать эти сигналы, усредненные за определенный промежуток времени (0,5 - 0,1ч) и с учетом времени запаздывания по каждому каналу, т.е. реализовать двухконтурную систему управления, качество работы такой системы будет значительно выше.

Для дистанционного управления процессом служат ключи выбора режима работы, ключи дистанционного управления с самовозвратом и указатели положения регулирующих органов.

При автоматическом регулировании измельчения в мельницах осуществляется стабилизация заданного соотношения загружаемых компонентов и поддерживается заданная тонкость помола. Выполнение первой задачи достигается с помощью весовых дозаторов, стабилизирующих изменения подачи компонентов. Контроль размалываемости осуществляется косвенными методами, характеризующими процесс измельчения. Одним из них является контроль уровня загрузки мельницы материалом.

2.3 Составление и описание структурной схемы системы автоматизации

3 Микропроцессорный контроллер и пульт управления.

4 Система измерения загрузки мельницы.

5 Система измерения крупки.

6 Персональный компьютер.

Автоматизированная система управления технологическим процессом помола цемента решает 3 задачи:

1 Стабилизация процентного отношения клинкера и гипса, учет готовой продукции (цемент в тоннах) с точностью ±0,5%.

2 Стабилизация отношения крупки (т/ч к (клинкеру и гипсу т/ч)) в зависимости от расхода крупки и загрузки мельницы, учет готовой продукции (цемент в тоннах) с точностью ±0,5%.

3 Создание архива.

Для дозирования компонентов (клинкер, гипс) с заданной точностью необходимо иметь систему дозирования данной точности (Дозатор).

В дозатор входит:

- Весовой транспортер.

Весовой транспортер по клинкеру и гипсу по конструкции и принципу работы одинаков. Весовой транспортер имеет электропривод. На транспортере установлены датчик усилия для измерения веса клинкера и гипса. Электропривод состоит из асинхронного двигателя и редуктора, вал редуктора связан с валом барабана ленты.

- Силовой блок

Силовой блок предназначен для питания асинхронного двигателя и регулирования его скорости вращения. В качестве силового блока использован управляемый микропроцессорный контроллер VLT преобразователь частоты (0ч100Гц) с выходным трехфазным напряжением 380В.

- Система автоматического управления дозирования клинкера и гипса.

2.4 Описание принципиальной и монтажной схем управления и защиты привода мельницы

2.5 Монтаж и компоновка щитов управления главного привода мельницы

Для персонала, управляющего производством цемента, можно предложить следующую компоновку получаемой с объекта информации. Предполагается, что постов управления (и соответственно технологов-операторов) имеется четыре: помола сырья, приготовления сырьевой смеси, обжига клинкера и помола цементной шихты. Число постов и количество вводимой информации на каждом предприятии в зависимости от принятой структуры управления и уровня автоматизации могут быть различными.

Система централизованного контроля, являясь первым этапом разработки АСУТП, имеет, тем не менее, вполне самостоятельное значение для производства. Ее реализация приводит к централизации управления производством, способствует стабилизации технологического процесса. Уменьшает простои оборудования благодаря оперативному обнаружению и устранению нарушений и неисправностей, позволяет быстро и точно корректировать режимы работы агрегатов при изменении условий, дает технико-экономические данные полного и своевременного анализа хода производства, принятия соответствующих решений, в том числе решений по оптимальному управлению отдельными агрегатами и их комплексами.

3.1 Расчет основного оборудования главного привода мельницы

1) Зная тип и марку двигателя (СДМ-20-49-60), имеем следующие исходные данные:

P=1850 кВт;

N=1000 об/мин;

cos Ј=0.9;

?=92%;

U=600В;

Переведем в систему СИ некоторые значения:

1850кВт = 1850000Вт;

Зная формулу мощности:

P=3U*I*cosЈ;

Можем вывести формулу расчета тока (I);

I=P/3U*cosЈ;

2) Зная ток двигателя, можем рассчитать перегрузку, по следующей формуле:

I=1850000/3*6000*0,9=114 (А)

Iсз = кзап/квоз * Ipmax

Кзап - для реле типа РТ-80 = 1,2.

Iсз = 1,2/0,85*114=1,4*114=161

Iср = ксх*Iсз/?t;

Где: ксх - коэффициент схемы;

?t - коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Выбираем трансформаторы тока типа ТПЛ-10 из стандартной линейки, приведенной ниже, исходя из значения тока двигателя:

- 50/5;

- 100/5;

- 150/5;

- 200/5;

- 300/5;

- 600/5;

Выбираем трансформатор тока ТПЛ-10-150/5.

Iср=1*114/30=3,8 (А);

Ток срабатывания перегруза не выходит за рамки выходного тока трансформатора, значит, трансформатор выбран, верно.

Рассчитанный ток срабатывания реле 3,8 (А) является уставкой реле на перегруз. Поскольку шкала уставок реле делается в целых числах, то берется ближайшее большее целое число -4.

Так как время разгона двигателя колеблется от 10, до 15 секунд, то берется выдержка времени МТЗ - 15 секунд.

3) Расчет уставок отсечки.

Iсз=кн*Iд.пуск=кн*1,8Iпуск.

Где: д.пуск - максимальный пусковой ток;

Кн - 1,2;

1,8 - коэффициент учитывающий апериодическую составляющую пускового тока.

Поскольку защита выполнена комбинированном реле с зависимой характеристикой типа РТ-80, то коэффициент запаса или надежности принимается равным 1,5. Так как для реле РТ-80 погрешность в токе срабатывания составляет 10-25%

Поскольку РТ-80 обладает большой инерционностью возврата, то коэффициент возврата принимается от 0,3 до 0,5. Вычисляем ток срабатывания защиты по формуле:

Iсз = кн/кв*Iпуск

Пусковой ток составляет:

Iпуск = 8Iн

Iпуск = 8*114=912 (А);

Iсз=1,5/0,4*912=3420 (А);

Рассчитываем вторичный ток трансформаторов, ток, который будет проходить через обмотку реле, по формуле:

Iср=ксх*Iсз/?t

3.1 Расчет надежности схемы защиты электродвигателя мельницы

Размещено на Allbest.ru