Автоматизация башенной распылительной сушилки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

- вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;

- управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т.п.;

- автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.

1. Описание технологической схемы

Пластический способ производства кирпича нашел наибольшее распространение, как на предприятиях России, так и за рубежом. Для этой технологии пригодно разнообразное глинистое сырье.

Низкая энергоемкость переработки глины в пластическом состоянии, малая запыленность производственных помещений, возможность получения широкого ассортимента продукции дают предпочтение этому способу.

Однако производство изделий из масс с нормальной формовочной влажностью - процесс многопередельный, требующий корректировки природных свойств глинистого сырья.

Большая часть глин относится к группам высокочувствительных и среднечувствительных к сушке. Срок сушки изделий пластического формования составляет 72 и более часов, что требует больших объемов и площадей для сушилок. Для сокращения сроков сушки, снижения трещиноватости вводятся отощающие добавки - песок, опилки, золошлаковые смеси тепловых электростанций, молотый брак обожженного кирпича. Отощающие добавки требуют перед вводом дополнительной переработки. Это усложняет технологическую схему, но преимущества производства кирпича из масс с нормальной формовочной влажностью перекрывают недостатки.

При производстве кирпича из суглинков или малопластических глин желательно осуществлять вылеживание их в буртах или конусах в течение 3-12 месяцев. Вода, содержащая в глине, при замерзании разрушает природную структуру глины, диспергирует агрегаты глинистых частиц. В процессе вылеживания увеличивается удельная поверхность частицы, более полно завершаются процессы их набухания, возрастает количество связной воды и пластическая прочность глиняной массы, улучшается ее формовочные и сушильные свойства, облегчается последующая переработка массы.

Песок из бункера хранения дозируют, подают ленточным конвейером и элеватором на измельчение в валковую дробилку. После измельчения в валковой дробилке песок просеивают на виброгрохоте. Фракцию с размером частиц более 5 мм отправляют на домол, а фракцию с размером частиц менее 5 мм отправляют на хранение в бункер запаса. Из бункера песок подается на дозирование, осуществляемое ленточным питателем.

Переработка глины начинается с момента добычи. Для этой цели применяется многоковшовый экскаватор, который срезает глину тонкими слоями и одновременно первоначально усредняет её. Далее глина из карьера автотранспортом направляется на склад сырья. Со склада её подают в ящичный питатель, над которым установлен глинорыхлитель измельчающий крупные комья. Ящичный питатель - предназначен для непрерывной и равномерной подачи компонентов шихты к последующим машинам технологической линии.

Из питателя глина ленточным конвейером подаётся на камневыделительные вальцы с ребристым валком, предназначенный для грубого помола глины и выделения каменистых включений. Затем глина подаётся в лопастной смеситель предназначенный для перемешивания и увлажнения до влажности W= 18 %, керамической смеси, предварительно измельченной и очищенной от каменистых включений.

Далее предусмотрено тонкое измельчение глиномассы. Масса подаётся в бегуны мокрого помола, являющиеся в технологическом отношении наиболее эффективной машиной для тонкого измельчения. В процессе обработки одни и те же кусочки глины подвергаются многократному раздавливающему и стирающему воздействию тяжелых катков, что и обеспечивает тонкое измельчение глины. Затем глиномасса проходит обработку на вальцах с гладкими валками, среднего и тонкого помола и зазором соответственно 3-4 мм и 2-2,5 мм. Эффективность обработки глины вальцами зависит от зазора между валками, соотношение частоты вращения валков и влажности обрабатываемой глиномассы. С увеличением влажности глины, поступающей в вальцы, степень её измельчения возрастает и соответственно растет прочность высушенных образцов, изготовленных из обработанной глины.

После обработки глиномассы в вальцах тонкого помола с зазором 2-2,5 мм, её загружают в шихтозапасник предназначенный для гомогенизации и повышения качества предварительно переработанной глиняной массы и создания запаса сырья, обеспечивающего непрерывную работу пресса. Шихтозапасник ямного типа выполнен в виде бетонированной ямы, в которой размещается загружаемая масса. Глину загружают и выгружают при помощи самоходных мостов, перемещающихся над ямой по рельсовому пути.

После вылеживания глиномасса направляется в вальцы тонкого помола с зазором не более 1 мм, где происходит тонкий помол и выделение карбонатных включений.

Смешение компонентов (глина, песок) осуществляют на ленточном конвейере.

Далее глиняная масса подается в смеситель с фильтрующей решеткой для перемешивания, увлажнения паром и очистки ее от корней и других инородных включений путем продавливания через отверстия решетки. Из смесителя масса выходит с влажностью W=20%.

Формование изделий осуществляется на вакуумном ленточном прессе. Вакуумирование глины улучшает ее пластические свойства, благодаря чему резко снижается брак при формовании изделий. Из мундштука пресса сформованная масса выходит в виде непрерывной ленты (бруса). С помощью резательного автомата из бруса путем резки получают изделия заданных размеров (сырец).

Отборку сырца от пресса и укладку его на вагонетки выполняют укладочные автоматы.

Перед обжигом изделия высушивают в туннельных сушилках до максимального содержания влаги 5%. Процесс сушки необходимо провести по оптимальному режиму, под которым понимают сочетание возможно малой его длительности, минимальных затрат энергии и высокого качества полуфабриката - отсутствие коробления, трещин и скрытых напряжений, могущих обусловить появление трещин в процессе обжига.

Для обжига кирпича применяют туннельные печи. В процессе обжига формируются наиболее важные свойства керамических камней и кирпича, определяющие его техническую ценность - прочность, плотность, морозостойкость, водостойкость.

Далее, после обжига, кирпич направляется на склад готовой продукции.

2. Описание технологического процесса сушки шликера

Для сушки сырца применяют различные устройства, но наиболее современными следует считать туннельные сушилки непрерывного действия и распылительные сушилки.

В туннельных сушилках при помощи автоматического управления заслонками регулируют температуру теплоносителя в смесительной камере, температуру среды и степени разрежения в туннелях по всей длине. В смесительной камере температуру регулируют изменением холодного воздуха, который подается в камеру нагнетательным вентилятором.

Автоматическое поддержание разряжения в туннелях достигается изменением положения регулирующих заслонок дросселей в клапанах, через которые отводится используемый в туннеле теплоноситель. Относительную влажность теплоносителя определяют электронным психрометром.

Распылительные сушилки применяют для сушки керамических масс (шликера) и предназначены для снижения влажности массы до 7-9% перед ее прессованием.

Сушилка представляет собой башню с коническим днищем. Ее высота составляет 5 м, наибольший диаметр 4,5 м. В верхней части сушилки находятся механические форсунки, к которым по трубопроводу подводится шликер, где под давлением 1,3-1,5 Мпа распыляется. Здесь же располагаются инжекционные горелки, работающие на газе и создающие высокую температуру в зоне распыла шликера. Распыленные частицы шликера, теряя влагу, уже в виде порошка собираются в коническом днище сушилки, откуда поступают непосредственно с бункера над прессами (просушенный шликер, транспортеры в бункер). Вентилятор выносит через циклон отходящие газы. В циклоне газы очищаются от частиц порошка.

К процессу сушки шликера предъявляются требования стабилизации влажности в пределах от 6 до 9 % и гранулометрического состава порошка. Исследование характера возмущающих факторов показало, что наибольшее влияние на процесс сушки оказывает расход и влажность шликера, а также расход топлива (газа). Ввиду отсутствия датчика влажности керамического порошка в потоке, были сняты зависимости с целью определения параметров, косвенно связанных с влажностью порошка. Оказалось, что наиболее тесную связь с влажностью имеет температура отходящих газов при постоянных расходах шликера и газа. Это обстоятельство было использовано при построении системы регулирования режима сушки по температуре отходящих газов.

Чтобы получить на выходе агрегата заданное значение влажности порошка необходимо с увеличением расхода шликера температуру отходящих газов увеличить, а при уменьшении расхода шликера уменьшить, путем изменения подачи газа к горелкам.

В состав схемы контроля процесса входят контроль давления газа и шликера, осуществляемые манометрами; контроль температур в различных точках сушилки, производимый малоинерционными термопарами с записью показаний на многоточечном автоматическом потенциометре измеряющий ЭДС и напряжения. Расход шликера измеряется индукционным расходомером, состоящим из датчика и измерительного блока. Контроль за аэродинамическим режимом осуществляется дифтягомерами который измеряет давление аэродинамического потока в различных точках сушилки и преобразует его в электрический сигнал, и регулирующим блоком.

Система автоматического регулирования процесса включает два контура регулирования. Первый стабилизирует аэродинамический режим по величине разрежения в потолке сушилки, воздействуя с помощью регулирующего прибора и исполнительного механизма на заслонку трубопровода отсоса.

Второй контур регулирует тепловой режим по сигналу термопары, измеряющей температуру отходящих газов, которая подключена на вход регулирующего прибора, воздействующего через исполнительный механизм на заслонку газопровода.

Заданное значение температуры устанавливается путем перемещения движка потенциометра R3.2. Потенциометр R3.1 служит для коррекции равновесия мостовой схемы, собранной на резисторах Rt, R2, R4, R5, R3.1, R3.2, при значении температуры в сушилке, равной заданной.

Мостовая схема выполняет функции задатчика температуры, элементасравнения и обратной связи через резистор Rt.

Заданное значение температуры устанавливается путем перемещения движка потенциометра R3.2. Потенциометр R3.1 служит для коррекции равновесия мостовой схемы, собранной на резисторах Rt, R2, R4, R5, R3.1, R3.2, при значении температуры в сушилке, равной заданной.

Мостовая схема выполняет функции задатчика температуры, элемента сравнения и обратной связи через резистор Rt.

Сигнал, снимаемый с движков потенциометров R3.1 и R3.2, подается на вход фазочувствительного усилителя. В зависимости от направления разбаланса мостовой схемы ФЧУ вырабатывает сигнал соответствующей полярности, обеспечивая включение ДПТ на устранение возникшего рассогласования. ДПТ в свою очередь через редуктор приоткрывает или подзакрывает клапан, который регулирует подачу газа в сушилку.

Система регулирования работает следующим образом. В некоторый момент времени в сушилке поддерживается температура, заданная с помощью потенциометра R3.2. Мостовая схема находится в равновесии и ток в диагонали моста, образованной движками потенциометров R3.1 и R3.2 отсутствует. Сигнал на выходе усилителя равен нулю.

При изменении влажности шликера, поступающего из форсунок вызывает изменение термодинамического равновесия в сушилке и температура отходящих газов изменяется. Причем при увеличении влажности температура снижается, а при уменьшении влажности температура повышается.

Изменение температуры воспринимается термосопротивлением Rt, которое изменяет свое значение. Это в свою очередь вызывает нарушение равновесия мостовой схемы и появление тока на входе усилителя ФЧУ. В зависимости от знака рассогласования исполнительный механизм (ДПТ и Р) начнет приоткрывать или подзакрывать заслонку клапана К, обеспечивая тем самым изменение подачи газа к горелкам. Интенсивность сгорания газа будет изменяться, восстанавливая в сушилке термодинамический баланс. При этом будет изменяться значение термрмосопротивления Rt и восстанавливаться равновесие мостовой схемы.

Следует отметить, что процесс изменения положения заслонки будет происходить до тех пор, пока не восстановиться равновесие мостовой схемы, при котором ток на выходе ФЧУ станет равным нулю и двигатель остановится. В этом случае на процесс регулирования температуры будет оказывать значительное влияние инерционность ТОУ, определяемая его постоянной времени То. При больших значения То будет осуществляться чрезмерное открытие или закрытие заслонки клапана К и, соответственно, чрезмерная интенсивность горения газов. Это вызовет возможность дополнительного регулирования, направленного на устранение возникшей интенсивности горения и, следовательно, склонность системы автоматизации к автоколебаниям и неустойчивому характеру работы.

Для устранения этого недостатка необходимо ввести местную дополнительную обратную связь по положению заслонки клапана К. Эта связь на функциональной схеме обозначена штриховой линией и обеспечивает восстановление равновесия мостовой схемы до того момента, пока произойдет перерегулирование по подаче газа к горелкам.

Аналогичное регулирование должно происходить и при изменении подачи (расхода) шликера к механическим форсункам. Так, например, при увеличении подачи шликера происходит изменение термодинамического режима в сушилке в сторону уменьшения температуры отходящих газов и соответствующее изменение термосопротивления Rt. Равновесие мостовой схемы нарушается, исполнительный механизм приоткрывает заслонку клапана К, обеспечивая увеличение подачи газа к горелкам и интенсивности горения.

Система автоматизации должна обеспечить формирование дополнительного сигнала управления по возмущающему воздействию со стороны изменения подачи шликера.

Для анализа работы системы автоматизации удобно пользоваться структурно-функциональными схемами, отражающими функционирование отдельных элементов системы, их взаимосвязи и работу системы в целом.

укладочный шликер вагонетка обжиг

Рисунок 1 - Мнемоническая схема автоматического регулирования процесса сушки шликера

3. Описание принципиальной электрической схемы

В режиме автоматической сушки, универсальные переключатели SA1 и SA2 ставят в положение А.

Если температура в сушилке снижается, замыкаются контакты полупроводникового регуляора Р и получает питание программное реле времени КТ и реле KV1, которое отключает магнитный пускатель KM1 электровентилятора М1.

Через 5 секунд после включения реле времени замыкается его контакт KT:4 и магнитный пускатель KM2 получает питание по цепи: контакты KT:3-KT:4-SA2-KT:1-SK3. Включается двигатель вентилятора горелки М2 и начинается продувка камеры сгорания.

По истечении 20…25 секунд замыкаются контакты KT:2 реле времени и напряжение подаётся на высоковольтный трансформатор зажигания TV и электромагнитный клапан УА, открывающий доступ топлива в камеру сгорания. Воздушно-топливная смесь вспыхивает, освещая камеру сгорания. Под действием света сопротивление R фотореле BL уменьшается, что приводит к срабатыванию сначала промежуточного реле KV3, а затем и реле KV2, контакты KV2:2 и KV2:3 которого отключают трансформатор зажигания и реле времени.

После прогрева камеры сгорания последовательно размыкаются контакты датчиков температуры SK2 и SK1. Реле KV1 обесточивается, в результате чего включается магнитный пускатель КМ1 привода вентилятора 1. В сушилку подаётся раскалённый воздух, нагретый в теплогенераторе.

Если пуск теплогенератора затягивается более чем на 20…25 секунд и оказывается безуспешным, то контакт КТ:1 отключает электромагнитный вентиль УА и подача топлива прекращается. Затем контактом КТ:5 включается сигнальная лампа HL4, а размыкающим контактом КТ:3 отключается вентилятор М2 топки. В случае кратковременного срыва факела при нормальной работе теплогенератора реле KV3 фотореле BL отключает реле KV2, и через его размыкающий контакт KV2:2 включается TV и подаётся искра зажигания. Если смесь не воспламеняется, то теплогенератор отключается контактами КТ:1 и КТ:3. Повторно его включают в ручную, поворачивая переключатель SA1 сначала в положение О, а затем обратно в положение А. При этом программное устройство КТ возвращается в исходное состояние. Когда температура теплогенератора превысит допустимую, контакты датчика SK3 разомкнутся и отключат теплогенератор. Для нормальной остановки теплогенератора переключатель SA1 переводят в положение 0.

В режиме ручного управления сушкой, к которому обращаются для наладки, опробования, а так же в случаях отказа автоматики, переключатели SA1 и SA2 ставят в положение Р. Получает питание катушка магнитного пускателя КМ2, и начинается продувка топки. Затем переключатель SA2 переводят в положение П. Включается электромагнитный клапан УА и топливо подаётся в камеру сгорания. После необходимого прогрева камеры сгорании замыкается тумблер S, магнитный пускатель КМ1 включает электродвигатель вентилятора М1.

Размещено на Allbest.ru