Автоматизированная система управления дымососом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

цемент электропривод дымосос автоматизированный

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2. СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЫМОСОСОМ

3. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание технологической схемы производства цемента

3.2 Технология помола клинкера в трубных мельницах

3.3 Существующая схема электропривода дымососа и метод регулирования тяги

3.4 Основные направления модернизации системы регулирования тяги

4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Выбор типа электропривода

4.2 Структурная схема системы автоматизированного управления электроприводом дымососа

4.3 Анализ и выбор датчиков для контроля системы дымососа

4.4 Описание электропривода с частотно-токовым управлением

4.4.1 Особенности систем управления электроприводами переменного тока

4.4.2 Структурная схема и принцип работы преобразователя

4.4.3 Силовая схема

4.4.4 Системы управления преобразователем

5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Краткое описание производственного участка

6.2 Анализ производственных опасностей

6.3 Производственная санитария

6.3.1 Определение категории тяжести труда при работе на проектируемом объекте

6.3.2 Уcтановление оптимальных параметров микроклимата для помещений проектируемого объекта

6.3.3 Разработка мероприятий по обеспечению оптимальных параметров микроклимата

6.3.4 Нормирование, выбор и расчет системы освещения

6.3.5 Выбор и расчет систем вентиляции

6.3.6 Для снижения уровня шума в помещениях используются шумопоглощающие материалы для покрытия дверей, потолков и стен (пенопласт и поролон)

6.4 Техника безопасности

6.4.1 Задача охраны труда

6.4.2 Защита от механического травмирования

6.4.3 Проектирование защитного заземления участка или оборудования

6.5 Пожарная безопасность

6.5.1 Определение категории противопожарной безопасности спроектированного объекта

6.5.2 Выбор первичных средств пожаротушения

6.6 Действия формирований гражданской обороны при стихийных бедствиях

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация технологических процессов является едва ли не решающим фактором повышения производительности и улучшения условий труда, улучшения экономических показателей.

Создание новых высокопроизводительных технологических процессов с большой скоростью выполнения операций и значительной единичной мощностью агрегатов требует быстродействующих и надежных технических средств для управления и контроля, обеспечивающих реализацию преимуществ новой технологии; при этом уровень автоматизации выбирается уже при синтезе технологии и во многом определяет эту технологию (системное проектирование автоматизированных технологических комплексов, в том числе автоматизированного оборудования).

Технологические процессы в промышленности строительных материалов представляют собой достаточно типичные объекты применения методов теории автоматического регулирования, но в то же время это своеобразная область развития автоматизированного управления вплоть до создания интегрированных АСУ организационно-технологического типа.

Особое значение как основному звену автоматизации отводится электроприводу. Информационные функции электропривода очень велики. Электропривод позволяет наиболее простыми методами реализовать параметры технологического процесса. Повышение технического уровня дробильного оборудования в первую очередь связано с совершенствованием характеристик и расширением функциональных возможностей электропривода.

Одним из первых этапов при производстве строительных материалов, является процесс дробления. Рассматривая пути повышения эффективности процессов измельчения и снижения их энергоемкости с учетом отечественного и зарубежного опыта, следует обратить серьезное внимание на оснащение дробильного оборудования современными средствами управления. Это можно решить с помощью средств локальной автоматики и средств вычислительной техники. В настоящее время во многих случаях предпочтение следует отдавать микроконтроллерам, так как они постоянно совершенствуются и удешевляются. Да и опыт эксплуатации АСУТП дробления на предприятиях нашей страны и за рубежом подтверждает целесообразность применения этих устройств.

Оборудование цементного производства в большинстве случаев работает в условиях интенсивного воздействия разрушающих факторов - абразивности, больших удельных нагрузок, высокой температуры, влажности, запыленности и агрессивности сред. В этих условиях ставится задача надежной работы каждого элемента технологической линии с высокопроизводительным и непрерывным выпуском готовой продукции.

Цемент и изготавливаемый из него бетон являются основными строительными материалами, которые используются в самых разнообразных областях строительства. Возведение промышленных и жилых зданий, строительство мостов и плотин, туннелей и многих других сооружений стало возможным только при широком производстве этих строительных материалов. Цемент представляет собой вяжущий материал, который при смешивании с водой превращается в пластичную массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Современная строительная техника предъявляет определенные требования к вяжущим материалам. С целью удовлетворения разнообразных потребностей разработали состав и технологии получения специальных видов цементов: быстротвердеющий и особо быстротвердеющий портландцементы, используемые для изготовления железобетонных строительных конструкций и деталей, портландцемент для массовых монолитных бетонных сооружений, дорожный и тампонажный портландцементы, белый и цветные цементы для декоративных целей и другие виды специального назначения. Вообще, портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер изготовляют путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, взятых в соотношении, соответствующем преобладание в готовом продукте силикатов кальция. Клинкер является важнейшим компонентом портландцемента и от его состава зависят свойства портландцемента, полученного на его основе. Изменяя состав клинкера, можно получать вяжущие материалы с разнообразными физическими свойствами.

К портландцементу предъявляют требования в отношении активности (прочности), сроков схватывания, тонкости помола, изменения объема при твердении. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения: чем тоньше измолот цемент, тем выше его прочность, особенно в начальные периоды твердения.

Процесс производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:

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, полусухой и комбинированный способы производства портландцементного клинкера.

Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки. Выбор способов производства клинкеров определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием достаточной топливной и энергетической базы в районе производства и т.д.

При создании АСУТП сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице (или любого другого технологического процесса) целесообразно в первую очередь изучить передовой опыт отечественной и зарубежной промышленности в этой области. Был проведён анализ литературных источников, таких как «Основы автоматизации производства и контрольно - измерительные приборы на предприятиях строительных материалов», «Автоматическое регулирование процессов дробления и помола в промышленности строительных материалов», «Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов», «Автоматизация цементного производства», «Цемент. Электрооборудование, автоматизация, хранение, транспортирование», а также изучены периодические издания за последние годы «Современные технологии автоматизации», «Строительные материалы, оборудование, технологии». Проанализировав материал и сложив вместе самые удачные решения, можно привести описание полученного в итоге процесса и предъявляемые к нему требования.

Сухой помол сырья осуществляется в многокамерных трубных шаровых мельницах. Размалываемый материал непрерывным потоком поступает на вход мельницы. При помоле многокомпонентной шихты подача материала в мельницу осуществлялась одновременно несколькими дозаторами или питателями из разных бункеров.

Одним из основных требований, предъявляемых к процессу помола, является стабилизация тонкости помола шлама. В связи с тем, что приготавливаемый в мельнице шлам поступает на обжиг во вращающиеся печи, он должен иметь минимальную влажность. Избыточное содержание воды в шламе требует дополнительных затрат топлива на ее испарение в печи.

Содержание влаги должно быть таким, чтобы обеспечить прохождение шлама в мельнице и в печи, а также перекачивание насосами. Транспортабельность шлама тесно связана с его вязкостью. В том случае, когда сырьевой шлам приготовляется из нескольких компонентов, на управление процессом помола накладывается условие поддержания определенного состава шлама. Таким образом, системы автоматического управления процессом сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице должны обеспечивать стабилизацию технологических параметров - тонкости помола, влажности и максимальной производительности.

Одно из отличий заключается в использовании функциональных различных возможностей, связанных с применением тех или иных технических средств. Системы управления на базе локальных регулирующих комплексов с минимальными информационными функциями целесообразны при реконструкции отдельных цехов малой мощности. При строительстве новых технологических линий или реконструкции мощных заводов предусматриваются мини - или микро-ЭВМ, реализующие максимальный объем информационных и управляющих функций.

Возможности совершенствования разработанных систем далеко не исчерпаны. Дальнейшие работы ведутся как в направлении применения микропроцессорной техники, так и по созданию более совершенных алгоритмов управления со статической оптимизацией и динамической стабилизацией на базе адаптивной модели процесса.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Цемент и материалы из цемента каждый день могут видеть не только строители, но и каждый человек. Цемент настолько широко распространился в различных сферах строительства, что без него уже практически невозможно представить любой дом или строение. И действительно все современное строительство держится на цементе. Про цемент можно узнать из любых источников, можно скачать рефераты о цементе в Интернете, узнать о продукции из прайс-листов цементных заводов и из других источников. Цемент не только широко применяется на строительной площадке, его также используют для производства различных смесей, бетонов, железобетонных изделий, асбесто-цементных труб и плит и т. д. В связи с все возрастающей популярностью динамика цен на цементы не меняется. Цена постоянно возрастает. Но такая динамика цен на цемент связана не только и не столько с возрастающей популярностью, но и с рядом других факторов, среди которых увеличение себестоимости производства.

Цемент производства России широко известен и используется не только у себя в стране, но и в ряде других стран СНГ. Цемент производства России - это цемент, выпускающийся на более чем сорока пяти заводах различных холдингов. Обычно производством цемента занимаются крупные предприятия, которые строятся в непосредственной близости от месторождений цементного сырья. Среди таких крупных предприятий присутствуют Брянский цементный завод, Старооскольский цементный завод, Катав-Ивановский цементный завод и другие более или менее крупные заводы. Прайс-листы цементных заводов говорят о том, что на этих заводах в большинстве случаев выпускается не только цемент, но и другие материалы с его применением.

Производство цемента технологически не очень сложный процесс, но требующий значительных затрат. Как известно производство цемента делится на два этапа, а именно производство цементного клинкера и производство из клинкера непосредственно цемента. Так вот большая часть затрат на производство приходится именно на первый этап (около 70%) в то время как второй этап не требует серьезных затрат и может проводится уже не на месте добычи, а где-либо в другом месте, включая и мелкие цементные заводы, организация которых предполагает лишь второй этап производства.

Конечно работа таких крупных предприятий как Брянский цементный завод, Старооскольский цементный завод, Катав-Ивановский цементный завод или других крупных заводов не может быть абсолютно экологически чистой. Конечно, на таких заводах стараются бороться с проблемами экологии с переменным успехом, но тем не менее проблема остается. Самую большую проблему для экологии представляет цементная пыль. Цементная пыль представляет собой отходы от перемалывания клинкера в цемент. Это мельчайшие частицы пыли, которые, смешиваясь с воздухом могут переноситься на довольно большие расстояния, тем самым, охватывая территории вокруг цементного завода. Естественно любая пыль, а тем более, цементная пагубно влияет на здоровье людей, вызывая различные болезни легких и дыхательной системы. Именно поэтому предприятия должны предпринимать все меры, не допускающие распространения цементной пыли.

Кроме двух стадий производства цемента существует еще и три способа его производства, а именно сухой, мокрый и комбинированный. Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела, глины и железосодержащих добавок. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом. Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка. При сухом способе, которому, по всей вероятности принадлежит будущее цементного производства, навстречу горящим газам подают не шлам, а размолотое в порошок сырьё. Комбинированный способ предполагает использование и сухого и мокрого способа.

Производство цемента связано со значительным пылевыделением. Наряду с этим пыль выделяется при дроблении, сушке и помоле сухого сырья, угля и клинкера, при охлаждении клинкера в холодильниках вращающихся печей, а также при упаковке и в процессе погрузочно-разгрузочных работ на складах сырья, угля, клинкера и добавок. Пылеобразование вызывает также большие потери в производстве и уменьшает срок службы вращающихся частей машины.

Аспирационные установки ставят для каждого пылеобразующего агрегата. С вентилятором, отсасывающим запыленный воздух, они связаны газоходами. При аспирации мельниц аспирационная установка должна создавать соответствующее разрежение для просасывания воздуха через мельницу с нужной скоростью (примерно 2 м/с) и препятствовать попаданию пыли в помещение.

В качестве пылеуловительных аппаратов на цементных заводах обычно применяют пылеосадительные камеры, циклоны, рукавные фильтры и электрофильтры. Пылеосадительные камеры служат для обеспыливания газов, отходящих от вращающихся печей и сушильных барабанов. Для более интенсивного осаждения пыли в камерах устраивают перегородки. Степень очистки газов в пылеосадительных камерах невелика (3-15%).

2. СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЫМОСОСОМ

Проведенный поиск в сети Интернет, а также по иным базам данных позволил сделать вывод о том, что на территории России и стран СНГ имеется только одно предприятие, предлагающее мини - цементные заводы - это Научно-производственное предприятие «Цемент - новые технологии», г. Волгоград (технические, технологические и финансово-экономические сведения приведены на сайте www.cement-hightech.com).

Сопоставительный анализ предложений Научно-производственного предприятия «Цемент - новые технологии» и других производителей показывает несомненные преимущества сухого способа помола.

Предложена система обеспыливания с организацией отсоса из бункерной зоны пылеуловителя. При этом может осуществляться возврат уловленного продукта в технологическое оборудование, инженерно-экологическую систему или инженерно-экологическое оборудование (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема системы пылеочистки:

1 - цементная мельница; 2 - установка батарейных циклонов СЦН - 40;

3 - коллектор очищенных газов; 4 - дымосос ДН - 11,2 А; 5 - пылеуловитель ВИП - 400

АО «Кызылкумцемент» (г. Навои, Узбекистан) является основным производителем цемента в республике (50% общего объема выпуска). Предприятие проводит модернизацию промышленной автоматики всего производственного цикла.

Для дальнейшей очистки газы поступают в электрофильтры, аэродинамический режим работы которых обеспечивается режимом работы трех концевых дымососов, и затем выбрасываются в атмосферу (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Схема компоновки системы обеспыливания заводов с разомкнутым контуром дымосос - пылеуловитель - рециркуляционный циклон: 1 - цементная мельница; 2 - рециркуляционный циклон внутреннего контура; 3 - выход очищенных газов; 4 - дымосос-пылеуловитель ДН-10; 5 - вихревой пылеуловитель ВИП - 400; 6 - шнек; 7 - трубопровод возврата уловленного продукта в цементную мельницу

Система построена на аппаратной базе:

- индустриальных рабочих станциях ROBO-2000;

- модулях удаленного ввода-вывода I-7000.

Программное обеспечение АСУ ТП разработано на основе SCADA пакета TRACE MODE 5.хх.

Немецкая фирма "EMH-KG"

Для очистки аспирационного воздуха из цементной мельницы устанавливаются циклон и рукавный фильтр (рисунки 2.3, 2.4).

Степень очистки:

I ступень - (0,7 - 0,75);

II ступень - (0,98 - 0,99).

Возможности системы:

- регулируемые источники питания SIFUPIC F для 3-х полей электрофильтра с блоками измерения тока и напряжения фильтра, а также с системой оптоволоконной связи, предназначенные для встраивания в существующую силовую часть установки осадителя;

- укомплектованный шкаф автоматизированной системы управления электрофильтром, содержащий;

- контроллер SIMATIC S7-300 c CPU 315-2DP;

- операторная панель SIMATIC OP270;

- модуль оптико-электрического преобразования OLM для сети PROFIBUS (рисунок 2.5);

- пускозащитная аппаратура приводов вспомогательного оборудования фильтра (механизмы встряхивания электродов, оборудование транспортировки и отгрузки пыли, дымосос, заслонка воздуховода, обогрев изоляторов электродов и др.);

- укомплектованный шкаф вводных автоматических выключателей (рисунок 2.6) (питание силовой части фильтра, вспомогательного оборудования и системы автоматизированного управления);

- датчики уровня для установки в бункерах пыли, температурные датчики;

- проектирование шкафов, электрических схем системы автоматизированного управления, разработка программы управления оборудованием фильтра и системы визуализации (рисунок 2.7).

Рисунок 2.3 - Аспирация промышленных газов

Рисунок 2.4 - Рукавный фильтр

Рисунок 2.5 - Модуль PROFIBUS

Рисунок 2.6 - Шкаф управления

Рисунок 2.7 - Структурная схема системы автоматизации электрофильтра

3. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание технологической схемы производства цемента

Завод работает по сухому способу производства. В качестве сырья используют мергель (месторождение - гора «Груздовник») следующего состава: R₂O - 0,72 % , SiO₂ - 13,05 %, Al₂O₃ - 3,54 %, Fe₂O₃ - 1,63 %, CaO - 44,11 %, MgO - 1,33 %, SO₃ - 0,06 %, ППП_с - 35,57 %, естественная влажность - не более 1,8 %. Корректирующие добавки: колосниковая пыль Челябинского металлургического комбината и известняк (Тургоякское рудоуправление).

Минеральные добавки: гранулированный шлак Челябинского металлургического комбината и гипсовый камень Ергачинского гипсового завода.

В качестве топлива на заводе используется природный газ Тюменского месторождения, который используется на обжиг клинкера, сушку шлака и выработку теплоэнергии (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Технологическая схема производства цемента

Мергель добывается буровзрывным способом (рисунок 3.2), погрузка его ведется экскаватором ЭКГ - 4,6Б и ЭКГ - 5.

Рисунок 3.2 - Взрывные работы на карьере

Автомобили БелАЗ 540 и БелАЗ 7523, которых на заводе имеется 16 единиц, доставляют мергель на завод, где он проходит последовательно две стадии дробления (рисунок 3.3). Колосниковый питатель подает куски мергеля, поступившие с карьера, размером (900-1100 мм) в щековую дробилку (1400x1800 мм), производительностью 400 т/ч. Размер кусков материала после первичного дробления достигает 200 мм.

Рисунок 3.3 - Погрузка мергеля

Далее материал по ленточному транспортеру (L = 81 м, Q = 500 т/ч) поступает в бункер, откуда пластинчатыми питателями подается в молотковые дробилки СМД - 0,7А (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Молотковая дробилка

Система пылеулавливания, представленная циклонами и рукавными фильтрами, улавливает и возвращает в дальнейшее производство мельчайшие частицы материала. После молотковых дробилок размер кусков мергеля составляет в среднем 20-30 мм.

По ленточному транспортеру дробленый мергель поступает в объединенный склад, откуда грейферными кранами, грузоподъемностью по 20 т, доставляется в бункера сырьевых мельниц. В сырьевых мельницах осуществляется одновременно сушка (t = 300 ^oC) и помол мергеля.

На заводе имеются два типа сырьевых мельниц:

а) трубная двухкамерная Ш 3,0 x 8 м с центробежным сепаратором (5 шт.) производительностью 36 т/ч. Отходящие газы из мельницы (t = 50 ^oC) проходят три ступени очистки: I - два циклона ЦН - 15 - 2000, II - два циклона ЦН - 15 - 1410, III - электрофильтр 12/4/350/6,5;

б) трубная однокамерная сырьевая мельница Ш 3,7х 8,5 м (2 шт.) с воздушно-проходным сепаратором, производительность 65 т/ч. Отходящие газы из мельницы (t = 50 ^oC) проходят три ступени очистки:

I - два циклона НИИОГАЗ Ш3000;

II - двенадцать циклонов НИИОГАЗ Ш 1100;

III - электрофильтр ПГДС 3х38.

Таким образом, в сырьевых мельницах осуществляется сушка и помол материала (рисунки 3.5 и 3.6). Тонкость помола (остаток на сите №02) составляет 6 %. Затем сырье поступает в силоса, объемом 2500 м³, 300 м³, 150 м³ и в двухъярусные коррекционные силоса объемом 1400 м³, где идет выравнивание сырьевой смеси, ее усреднение и корректирование.

Рисунок 3.5 - Шаровая мельница 3,2х15

Рисунок 3.6 - Футеровка корпуса мельницы и межкамерная перегородка

Усредненная сырьевая мука пневнокамерным насосом подается в бункера, дозируется и поступает в газоход между III и IV ступенями и, проходя последовательно все ступени, частично декарбонизируется и поступает во вращающуюся печь.

На заводе имеются четыре печи с циклонными теплообменниками. Печи № 1,2,3,4 - имеют постоянный диаметр (Q = 35 т/ч), а печь № 3 с шахтно-циклонным теплообменником имеет расширенную часть в зоне декарбонизации (Q = 42 т/ч). Печи № 1,2 имеют одну ветвь циклонов, а № 3,4 - две. Отходящие газы из циклонов проходят через пылеулавливающий аппарат. После печей № 1,2,4 установлены элекрофильтры ПГДС-3х24, УГ-2х4х26. После печи № 3 - ПГДС-3х24, УГ2х4х26.

В результате обжига сырьевой муки получается полуфабрикат - клинкер, который поступает из вращающейся печи в клинкерный холодильник, где он охлаждается до температуры не более 100 ^oC.

Клинкерный холодильник «Волга-350» разделен на две камеры по подаче воздуха для интенсификации процесса охлаждения. Температура вторичного воздуха, формируемого в колосниковом холодильнике, достигает (550-650) ^oC. За холодильником также имеется пылеулавливающий аппарат представленный батарейным циклоном БЦВК 250/2х90. Охлажденный клинкер, пройдя роторную дробилку, поступает в бункер. Откуда по клинкерному транспортеру поступает на объединенный склад.

Грейферные краны доставляют клинкер в бункер из объединенного склада и тарельчатым питателем он подается в мельницы, где осуществляется его помол с добавками. На заводе имеется пять двухкамерных цементных мельниц: цементные мельницы № 1,2 - Ш3х14 м, производительностью 42 т/ч, № 3,4,5 - Ш3,2х15 м, производительностью 45 т/ч.

В мельницу № 5 питателем подается гипс, предварительно прошедший обработку, а в мельницы № 1,2,3,4 помимо гипса, регулирующего сроки схватывания цемента, подается шлак и осуществляется их одновременный помол. Тонкость помола цемента (остаток на сите № 008) для различных цементов следующая: ПЦ 500 ДО - 9%, ПЦТН - 50 и ПЦТН - 100 - 7%, ПЦ 400 и ШПЦ - 400 - 11%.

Пылеулавливающий аппарат за мельницами имеет три ступени очистки:

– 1 ступень - аспирационная шахта размером: № 1 - 4 - 2х1,5 х 5.4 м, № 5 - 2,5 х 2,5 х 11,7 м;

– 2 ступень - № 1 - 4: группа циклонов ЦН - 15 - 800 х 600 мм № 5 - циклон ЦН - 15 - 1410 мм;

– 3 ступень - № 1 - 5: рукавный фильтр ФРИ - 630 - 0,1.

Гипс и шлак, поступающие на завод в железнодорожных вагонах, перед подачей в цементную мельницу проходят предварительную подготовку.

Гипс пластинчатыми питателями подается на ленточный транспортер, который доставляет его в бункер, из бункера гипс поступает в роторную дробилку. Дробленый гипс по ленточному транспортеру поступает в объединенный склад. Из склада по ленточному транспортеру гипс подается в цементные мельницы.

Шлак, поступающий на завод, пластинчатыми питателями подается на ленточные транспортеры, которые доставляют его на склад сырого шлака. Со склада шлак грейферными кранами грузоподъемностью по 15 т. подается в бункер. Затем ленточный питатель подает шлак на инерционный грохот (1250х2500 ГИТ-32, Q = 150 м²/ч). Металлы и другие отходы отводятся транспортером, а очищенный шлак поступает по ленточному транспортеру в сушильную камеру-установку для сушки гранулированного шлака в русловом псевдосжиженном слое (Q = 72 т/ч).

Отходящие газы из камеры проходят две ступени очистки:

I - пылеосадительная камера 5,8 х 8 х 11 м;

II - электрофильтр УГ-2-3-37.

Влажность шлака после сушки изменяется от 15 % до (1-2) % . Затем шлак по ленточному транспортеру поступает в объединенный склад сухого шлака, откуда грейферными кранами (20 т.) поступает в бункер. Питатель подает шлак в цементные мельницы № 1 - 4.Из мельниц готовый цемент подается в силоса Ш21,5 и Н = 29 м (8 шт.) и V = 3500 м² (8 шт.).

Отгрузка цемента покупателям осуществляется как железнодорожным транспортом (хорны-цементовозы, крытые вагоны), так и автомобильным транспортом (цементовозы). Так же на заводе осуществляется упаковка цемента в мешки по 5, 50, 600 кг.

3.2 Технология помола клинкера в трубных мельницах

Помол клинкера - завершающая стадия производства портландцемента.

Мельница шаровая предназначена для сухого помола различных рудных и нерудных полезных ископаемых, строительных материалов средней твердости. Мельница относится к типу шаровых барабанных трубчатых мельниц непрерывного действия с центральной выгрузкой продукта помола. Мельница используется в горнорудной, горнохимической и других отраслях промышленности.

Мельница работает непрерывно в различных технологических схемах (в открытом или закрытом цикле) с центральной загрузкой и выгрузкой материала и позволяет получать однородный по тонкости продукт измельчения с помощью мелющих тел (шаров и цильпебсов).

Производительность мельницы зависит от свойств измельчаемых материалов (прочность, размолоспособность), крупности материалов на входе (до 40 мм), влажности материалов (до 0,5 %), тонкости помола, равномерности питания, заполнения мелющими телами и материалом.

Конструкция мельницы: Барабан мельницы представляет собой стальной полый цилиндр, выложенный внутри броневыми футеровочными плитами, предохраняющими его от ударного и трущего воздействия шаров и материала. Барабан мельницы разделён межкамерной перегородкой на две камеры: предварительного и тонкого помола. Камера предварительного помола загружается шарами. Камера тонкого помола загружается цилиндриками - цильпебсами.

На рисунке 3.7 показана характерная двухкамерная трубная мельница 3,2х15 м. Барабан 3, установленный в подшипниках 2, приводится во вращение двигателем 9 через редуктор 7 и промежуточный вал 6. Материал подается в барабан по загрузочному устройству 1, а готовый продукт выводится при помощи разгрузочного устройства 5. В средней части барабана размещена разгрузочно-загрузочная межкамерная секция 4. Мельница снабжена системой централизованной смазки 10 для обслуживания редуктора и подшипников барабана. Для ремонтных работ мельница имеет вспомогательный привод 8. Для понижения температуры и снятия статического электричества, возникающего во второй камере при истирании клинкера с добавками, в мельницу вводится вода из установки 11, состоящей из насоса, распределительной системы, трубопроводов и форсунки.

Рисунок 3.7 - Шаровая мельница

Помол происходит в следующей последовательности. Материал подается в загрузочную воронку и далее через питатель и полый шнек, расположенный в полой цапфе, поступает в первую камеру барабана. Измельчаемый материал постепенно продвигается к межкамерной перегородке и через щели в ней и окна в стенке барабана поступает в кожух, откуда элеваторами подается в сепараторы.

Выделенные в сепараторах тонкие фракции пневматическими насосами подаются на склад. Недоизмельченный материал по аэрожелобам поступает в приемный патрубок загрузочной части межкамерной секции, просыпается в барабан через окна и при помощи элеваторных лопастей поднимается и ссыпается на конус, который направляет его во вторую камеру. При необходимости часть материала может быть направлена снова в первую камеру. По мере измельчения материал выходит из мельницы через щели в торцовой решетке и при помощи лопастей и конуса направляется в трубошнек. Шнек подает материал в патрубок, из которого он, просыпаясь через окна, попадает на сито. Раздробленные мелющие тела задерживаются на сите и затем отводятся по патрубку, а готовый продукт через патрубок направляется на склад.

При работе мельницы в открытом цикле разгрузочные окна закрываются специальными крышками, и материал поступает сразу через вторую перегородку в загрузочную часть межкамерной секции и далее во вторую камеру барабана. Барабан мельницы сварной, выполнен из листовой стали. Внутренняя поверхность барабана футерована плитами из износостойкой стали со звукоизолирующей прокладкой.

Первая камера футерована каблучковыми плитами (рисунок 3.8, г), вторая - ступенчатыми (рисунок 3.8, а) или волнистыми (рисунок 3.8, б и в) плитами. В сырьевых мельницах в некоторых случаях применяют специальную резиновую футеровку.

Рисунок 3.8 - Виды футировки

Подшипник мельницы состоит из корпуса, вкладыша и крышки. Корпус и вкладыш сопряжены по сферической поверхности, что обеспечивает самоустанавливание подшипников. Для устранения пыления и отвода тепла при помоле цемента мельницу снабжают аспирационной установкой, состоящей из вентилятора, фильтра и осадительных циклонов. Эта установка подключена к приемной камере, в результате чего мельница находится под разрежением и исключается пыление через мелкие неплотности в местах загрузки и выгрузки. При применении аспирации производительность мельницы увеличивается на 8-10%.

Во вращение барабан мельниц приводится от тихоходного синхронного электродвигателя мощностью порядка 2000 кВт. В приводном узле мельницы кроме основного двигателя, предусмотрен вспомогательный электродвигатель, который через редуктор соединяется с быстроходным валом редуктора главного привода. Вспомогательный электродвигатель мощностью порядка 3 кВт обеспечивает медленный поворот мельницы при ремонтах.

При помоле различают стадии грубого, тонкого и сверхтонкого помола.

Стадии помола:

а) грубый помол ? до зерен (частиц) 3-0,1 мм;

б) тонкий помол ? до зерен (частиц) 0,1-0,05 мм;

в) сверхтонкий помол ? до зерен (частиц) 50-1 мкм.

При помоле поверхность измельченного материала возрастает в сотни раз.

Так при размоле цементного клинкера имеем:

,

где степень измельчения, которая показывает, во сколько раз уменьшается размер (зерна) материалов при его измельчении;

D_ср. = 0,5 - средневзвешенный размер зерен (частиц) исходного продукта;

- условно средний размер частицы в стандартном цементе принимаем равным .

При измельчении в мельницах материалов требующих особо высокой тонкости помола степень измельчения доходит до 1000 и более.

Удельная поверхность до и после процесса измельчения

F = рD²_cp.;

f = р d²_cp i³, (3.1)

где F - удельная поверхность до процесса измельчения, см²;

f - удельная поверхность после процесса измельчения, см²;

F;

f = р d²_cp i³ ,

т.е. поверхность возросла в 136 раз.

На цементной мельнице № 5 ОАО «Катавский цемент» установлен синхронный электродвигатель типа СДН, мощностью 2000 кВт, частота вращения ротора n=1000 об/мин. Проектная производительность мельницы 50 тонн цемента в час.

3.3 Существующая схема электропривода дымососа и метод регулирования тяги

Для облегчения производства и работы основного технологического оборудования на заводах действует большое количество вспомогательного оборудования. К их числу относятся, в частности вентиляторы и дымососы.

Вентиляторы разделены на всасывающие - для отсоса дымовых газов и запыленного воздуха (дымососы) и нагнетательные - для перемещения воздуха и газов. Устройство у тех и других одинаково.

По принципу действия различают вентиляторы на осевые и радиальные (центробежные). Осевые применяют для подачи относительно большого количества воздуха при небольших давлениях, а радиальные - для подачи воздуха при значительных давлениях.

В данном случае для увеличения производительности помольной установки мельница принудительно аспирируется мощным вентилятором (дымососом), который просасывая воздух через мельницу удаляет из мельничного пространства мелкие частицы пыли, образующие цементную подушку, которая затрудняет помол и обволакивает мелющие тела.

На цементной мельнице № 5 установлен дымосос типа ДН-17 с приводным электродвигателем серии 4А.

Паспортные данные дымососа ДН-17, при комплектации электродвигателем с частотой вращения ротора 1000 об/мин:

Производительность на всасывание, м/час 73000

Полное давление, не менее, Па 2800

Потребляемая мощность, кВт 130

Момент инерции ротора, кг/м 180

Диаметр рабочего колеса, мм 1700

Дымосос ДН-17 цементной мельницы № 5 укомплектован трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором типа АИР2555УЗ, мощностью 160 кВт с синхронной частотой вращения 1000 об/мин, на напряжение 380/660 В.

Электродвигатель вращается с постоянной частотой при скольжении S = 0,02 (2 %), n = 980 об/мин, получает питание по типовой схеме и управляется с пульта управления мельницы. Для изменения тяги в системе перед дымососом установлен шибер, который управляется с помощью дистанционного указателя положения типа ДУП-Т, расположенного на панели управления. Схема управления приводом дымососа и шибера показана на рисунке 3.9.

Перемещение шибера производится исполнительным однооборотным механизмом типа МЭО. Управление приводом механизма как контактное, так и бесконтактное. Механизм состоит из редуктора 1, электродвигателя 2, блока датчиков 3, электромагнитного тормоза 4. Принцип работы заключается в преобразовании сигнала, поступающего от регулирующих и управляющих устройств во вращательное перемещение выходного вала, который перемещает шибер. Принципиальная схема управления механизмом шибера приведена на рисунке 3.10.

Механизм содержит устройство для ручного управления положением шибера независимо от включения или выключения электропривода. Для дистанционного контроля положения шибера применяется индуктивный, реостатный или токовый датчик. Блок датчиков БДИ состоит из двух индуктивных датчиков. При перемещении сердечника внутри катушек изменяется индуктивность катушек.

Блок датчиков БДР отличается от индуктивных тем, что в нем вместо индуктивных датчиков имеется четыре реостата с токосъемником и контактными кольцами. Конструкция этих датчиков позволяет работу в диапазоне углов от 0 до 240°.

Контрольно-индикаторным прибором, служащим для контроля положения регулирующего органа является дистанционный указатель положения ДУП. Индикаторный прибор работает в комплекте с электроизмерительным механизмом, имеющем реостатные или индуктивные датчики. Схема включения дистанционного указателя приведена на рисунке 3.11.

Рисунок 3.9 - Схема управления приводом дымососа

Рисунок 3.10 - Схема управления шибером

Рисунок 3.11 - Схема включения дистанционного указателя

Контроль разрежения осуществляется преобразователем типа «Сапфир», который преобразует измеряемый параметр в электрический сигнал с линейной зависимостью. Преобразователь состоит из измерительного блока и электронно-усилительного устройства. Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, который соединен с мембраной тензопреобразователя. Измеряемое давление воздействует на мембрану и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов.

Недостатком существующего метода регулирования тяги в системе является наличие большого количества механического оборудования: шибер, различные рычаги, тяги, редуктор механизма с исполнительным двигателем. В условиях повышенной запыленности оно часто выходит из строя. С другой стороны, при изменении параметров давления система отрабатывает с большим запаздыванием, что приводит к непроизводительной и неэкономной работе цементной мельницы. Поэтому возникает необходимость изменить существующую схему регулирования тяги в технологическом процессе.

3.4 Основные направления модернизации системы регулирования тяги

Регулирование тяги можно осуществить путем изменения частоты вращения вентилятора дымососа. Это позволит полностью отказаться от шибера и вспомогательной системы управления. Наилучшими регулировочными характеристиками обладают двигатели постоянного тока, но применение такого двигателя в условиях повышенной запыленности приведет к неудовлетворительной работе щеточно-коллекторного узла. Применение асинхронного двигателя позволит улучшить эксплуатационные свойства привода дымососа, кроме того, асинхронные двигатели дешевле двигателей постоянного тока.

Как известно, характеристика вентиляторов описывается уравнением разности давлений ДР на входе и выходе

ДР = Ащ²,

где А - коэффициент, зависящий от типа вентилятора;

щ - скорость вращения вентилятора.

Таким образом, применение регулируемого привода для вентилятора позволит обеспечить необходимые параметры разрежения в мельнице.

Регулировать скорость вращения асинхронного двигателя, можно изменяя скольжение, количество полюсов и частоту питающей сети.

Плавное изменение скорости асинхронного двигателя при высоких энергетических показателях возможно при частотном управлении.

4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Выбор типа электропривода

В настоящее время крупные вентиляторы мощностью до 250 кВт оснащаются, как правило, асинхронными короткозамкнутыми двигателями.

Особое значение для ряда вентиляторов имеет применение регулируемого электропривода. При этом, КПД вентиляторов, при регулируемом электроприводе больше, чем при нерегулируемом, в среднем на 12 - 15 % [1].

Кроме повышения КПД, применение регулируемого привода для мощных вентиляторов позволяет в ряде случаев упростить конструкцию турбомеханизмов при изменении тяги.

Существующие установки с регулируемым электроприводом оборудованы машинно-вентильным каскадом, что уменьшает энергетические показатели и увеличивает стоимость электропривода.

Мощность двигателя центробежного вентилятора, при пренебрежении изменением плотности воздуха определяется по формуле

,

где ДР = 5000 Па - требуемое давление вентилятора;

Q = 20 м³ /с - подача вентилятора;

Кз = 1,1 / 1,15 - коэффициент запаса для центробежного вентилятора;

- полный КПД вентилятора

,

= 0,8 - КПД вентилятора;

= 0,9 - КПД привода;

= 1 - КПД передачи.

.

Так как вентиляторы являются механизмами, обладающими большим моментом инерции, поэтому выбираем асинхронный двигатель с повышенным пусковым моментом.

Параметры выбранного двигателя:

Номинальная мощность Р_2н, кВт 160

Напряжение питания U_н, В 380/660

Номинальное скольжение S_н, % 2

Номинальный ток статора I_н, A 294/170

Коэффициент полезного действия, % 94

Коэффициент мощности, cos 0,88

Число пар полюсов Р 3

Номинальная частота сети f_н, Гц 50

Активное сопротивление фазы статора в О.Е. R1* 0,016

Индуктивное сопротивление фазы статора в О.Е. Х1* 0,094

Приведенное активное сопротивление фазы ротора в О.Е. R2* 0,017

Приведенное индуктивное сопротивление фазы ротора в О.Е. Х2* 0,125

Момент инерции ротора, кг * м² 10

Определим необходимые для дальнейшего расчета следующие величины.

1 Номинальное сопротивление

.

2 Активное сопротивление фазы статора

R1 = R1* * Z_н =0,016 * 2,24 = 0,036 Ом.

3 Индуктивное сопротивление фазы статора

X1 = X1* * Z_н = 0,094 * 2,24 = 0,21 Ом.

4 Приведенное активное сопротивление фазы ротора

R2 = R2* * Zн =0,017 * 2,24 = 0,038 Ом.

5 Приведенное индуктивное сопротивление фазы ротора

Х2 = X2* * ZH =0,0125 * 2,24 = 0,28 Ом.

6 Критическое скольжение

.

7 Частота вращения магнитного поля

;

n₀ = 1000 об/мин.

8 Номинальная частота вращения ротора n_ном = 980 об/мин.

9 Максимальный электромагнитный момент

.

10 Номинальный момент на валу

.

11 Номинальный электромагнитный момент

,

где .

12 Пусковой момент

.

13 Кратность максимального момента

.

14 Кратность пускового момента

.

В настоящее время наряду с использованием электроприводов постоянного тока все большее внимание уделяется применению различных систем регулируемых электроприводов переменного тока с асинхронными двигателями, как с короткозамкнутым, так и фазным ротором. Применение асинхронных двигателей обусловлено простой конструкцией, достаточно низкой стоимостью, повышенной эксплуатационной надежностью и меньшими габаритами. На практике часто применяют достаточно простые способы регулирования скорости асинхронных машин, которые обладают рядом недостатков: небольшой диапазон и плавность регулирования и невысокие энергетические показатели.

Более эффективные способы регулирования осуществляются при помощи сравнительно сложных устройств вентильных преобразователей частоты.

Регулируемый электропривод в турбомеханизмах используют в следующих случаях: когда по условиям работы производительность вентиляторов необходимо часто изменять в широких пределах (например, насосы систем водоснабжения, энергетические и газовые турбокомпрессоры); когда механизм длительно работает с производительностью, существенно меньшей номинальной; для турбомеханизмов, нуждающихся в автоматическом регулировании производительности с повышенным требованием к качеству регулирования (например, холодильные компрессоры, циркуляционные и питательные насосы).

Простейшие системы регулируемого электропривода обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения, что возможно с применением многоскоростных асинхронных двигателей. Но системы ступенчатого регулирования частоты вращения не обеспечивают задач автоматического регулирования. Поэтому использование таких систем носит ограниченный характер. Регулируемый электропривод с плавным изменением I частоты вращения в широком диапазоне наилучшим образом удовлетворяет условия автоматического и экономичного регулирования производительности вентилятора. Таким образом, применение частотно-управляемого электропривода для дымососа приемлемо как в техническом, так и в экономическом отношениях. Приводы с частотным управлением делятся по виду преобразователей частоты, которые могут быть как электромашинные, так и статические (вентильные).

Применение преобразователей частоты позволяет при регулировании угловой скорости изменением частоты одновременно регулировать напряжение в функции частоты и нагрузки. Последнее реализуется только в замкнутых системах электроприводов, так как в разомкнутых системах напряжение регулируется в функции частоты только по ранее заданному закону.

Выбор преобразователя частоты по мощности определяется в основном мощностью приводного двигателя. Но кроме этого показателя необходимо оценить диапазон регулирования скорости. Согласно требованиям технологического процесса по производству цемента диапазон изменения тяги дымососа AP_н/AP_min равняется 16. Так как перепад давления зависит от скорости вращения вентилятора в квадрате, то диапазон изменения скорости D = щ_ном/щ_min = 4.

Мощность статической нагрузки вентилятора зависит от скорости вращения в кубе, поэтому диапазон изменения мощности на валу двигателя при диапазоне изменения скорости D = 4 будет составлять P_ном/Р_min = 4.

Исходя из вышеизложенного и учитывая установленную мощность, напряжение и ток выбранного двигателя принимаем комплектный тиристорный преобразователь частоты типа ПЧТ-15212-УХЛ4 на номинальные мощность 200 кВт и ток 400 А.

4.2 Структурная схема системы автоматизированного управления электроприводом дымососа

В настоящее время регулирование скорости асинхронных двигателей (в дальнейшем используется обозначение АД) осуществляется 3 способами: изменением частоты питающего напряжения, изменением числа пар полюсов и включение АД в каскадных схемах.

В данной работе используется первый способ регулирования, т.к. является наиболее распространенным и не требующим технического вмешательства в конструкцию двигателя, что не рационально в процессе автоматизирования данного дымососа.

Данный способ, называемый иногда частотным, широко используется для качественного регулирования в первую очередь скорости асинхронных двигателей и широко применяется в настоящее время. Принцип его заключается том, что изменяя частоту f₁ питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением

щ₀ = 2рf₁ / p,

изменять его скорость щ₀, получая различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые при этом характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: регулирование скорости АД в этом случае не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности, оказываются небольшими.

При постоянном моменте нагрузки М_с = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально его частоте

U₁ / f₁ = const.

Таким образом, при реализации частотного способа регулирования скорости АД используется преобразователь частоты, который позволяет также регулировать и напряжение на его статоре.

Необходимым элементом ЭП является преобразователь частоты и напряжения (в дальнейшем используется обозначение ПЧ), на вход которого подается стандартное напряжение сети U₁ (220, 380 В и т.д.) промышленной частоты f₁ = 50 Гц, а с выхода снимается переменное напряжение U_1рег регулируемой частоты f_1рег (рисунок 4.1) и изменяющимся напряжением.

Рисунок 4.1 - Преобразователь частоты

Анализ механических характеристик двигателя при его управлении по наиболее распространенному закону U₁/f₁=const показывает, что скорость идеального холостого хода двигателя изменяется пропорционально частоте напряжения, а критический момент М_к остается неизменным.

Использование статических ПЧ позволило повысить технико-экономические показатели регулируемого частотного ЭП: увеличить его КПД и быстродействие, устранить шум и упростить обслуживание.

Схема ПЧ со звеном постоянного тока (рисунок 4.2) состоит из двух основных блоков: управляемого выпрямителя 2 и управляемого инвертора 3 с блоками управления 1 и 5. Напряжение сети U₁ стандартной частоты f₁ подается на вход управляемого выпрямителя 2, преобразующего переменное напряжение U₁. в постоянное E₀, которое можно регулировать в широких пределах с помощью блока управления 1.

Выпрямленное и регулируемое напряжение E₀ подается на вход инвертора 3, который преобразует его в трехфазное напряжение U_1рег регулируемой частоты f_1рег, поступающее на двигатель 4. Частота выходного напряжения инвертора f_1рег, регулируется блоком управления 5 в функции сигнала управления U_у.

Остановимся подробнее на работе управляемого инвертора (рисунок. 4.3) полагая, что с помощью того или иного управляемого выпрямителя на его вход подается постоянное напряжение Е₀.

Предположим, что трехфазная нагрузка z_A, z_B и z_c (обмотки статора АД) соединена в звезду, а тиристоры VSl - VS6, на которых выполнен инвертор, соединены по мостовой схеме и по сигналам с блока управления открываются в требуемой последовательности. Обычно продолжительность открытого состояния каждого тиристора л составляет половину или треть периода Т_рег=1/f_рег,а сдвиг моментов открытия тиристоров VS1 - VS6 - шестую часть этого периода.

Рисунок 4.2 - Схема ПЧ со звеном постоянного тока

Рисунок 4.3 - Управляемый инвертор

Рассмотрим сначала работу схемы со временем открытия тиристоров л = Т_рег/2. Временная токовая диаграмма работы тиристоров для этого случая показана на рисунке 4.4, где токи фаз I_A, I_В, I_C проходящие через нечетные тиристоры, отложены в положительном направлении, а через четные - в отрицательном. В каждый момент времени включены (открыты) три тиристора из шести, причем за время периода можно выделить шесть интервалов (I, II, III, IV, V, VI) различных сочетаний открытых и закрытых состояний тиристоров. Для определения формы напряжения на нагрузке рассмотрим схемы включения фаз статора АД на каждом из шести временных интервалов.