На правах рукописи 
 
 
 
 

ПИРОВ ФУРКАТ САЙФУЛЛОЕВИЧ 
 

Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цеМЕнта

 
 
 
 

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

 
 
 
 
 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва - 2011

 

     Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные  системы управления» в ГОУ  ВПО Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ).

 
 

    Ведущая организация: Научно-исследовательский институт материалов, конструкций и новых технологий (НИИ МК и НТ), г.Москва.

 

    Защита  состоится 1 июля 2011 г. в 10⁰⁰ на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу:

 

         125319 ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64.

 

    С диссертацией можно ознакомиться в  библиотеке Московского автомобильно-дорожного  государственного технического университета (МАДИ).

    Текст автореферата размещен на сайте Московского  автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ): www.madi.ru 

    Автореферат разослан 30 мая  2011 г.

 

    Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

 
 
 

 

    Общая характеристика работы

    Актуальность  проблемы

     Эффективность цементного производства в существенной мере зависит от организации процессов обжига клинкера и режимов эксплуатации печей. Комплекс процессов, происходящих с клинкером под воздействием тепловой энергии, достаточно сложен и обширен. Процессы горения топлива, движения материала и газов в печах, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой. Следует учитывать и весь комплекс наладочных мероприятий: обеспечение требуемого химического и минералогического состава клинкера в сырьевой смеси, обоснование выбора теплообменных устройств, отработка режимов горения, обеспечивающих протекание процессов заданной интенсивности и экономное расходование топлива.

     Производительность печей, удельный расход топлива и прочие определяющие показатели зависят не только от исходных конструктивных характеристик технологических установок, но и от режимов их работы. Форсирование режима до известного предела повышает производительность, но при этом существенно увеличивает непроизводительные потери, связанные с уносом материала, повышением температуры отходящих газов, удельным расходом теплоты и, соответственно, топлива.

     Дальнейшее форсирование технологических режимов неизбежно приводит к сокращению эффективности производства, связанному с перечисленными явлениями.

     Обеспечение промышленных нормативов и оптимальных  параметров технологического процесса способно оказать решающее влияние, как на качество получаемой продукции, так и в целом на экономические показатели производства стройматериалов.

     Наиболее сложным, ответственным и энергоемким процессом в комплексе операций производства цемента представляется обжиг клинкера. По промышленным данным общие энергозатраты при обжиге распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья - около 10%, собственно обжиг 80%, помол цемента 10% и прочие - порядка 1%.

     Поэтому задача рациональной организации составляющих процессов и автоматизации управления обжигом с соответствующим снижением энергозатрат является актуальной.

    Целью работы является повышение эффективности производства цемента за счет автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера с использованием разработанных методов, алгоритмов и средств.

    В соответствии с поставленной целью  в диссертации решаются следующие  основные задачи:

• анализ объекта исследования и технологий  получения цементного клинкера;
• анализ и формализованное описание методов и моделей процесса термической обработки клинкера;
• разработка имитационной модели процесса термической обработки цементного клинкера и проведение имитационных экспериментов;
• разработка алгоритмов управления процессом термической обработки клинкера.

    Объектом  исследования является термическая обработка процесса обжига цементного клинкера в Государственном унитарном предприятии ГУП «Таджикцемент».

    Методы  исследования. Теоретической основой диссертационной работы являются общая теория систем, методы оптимизации, случайные процессы, имитационное моделирование, исследование операций, системный анализ.

     Научная новизна. Научную новизну работы составляет совокупность методов, моделей и алгоритмов автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера, расчета температуры газовой смеси, расчета температуры материала и моделирования теплового баланса печи.

     На  защиту выносятся:

• результаты анализа способов и технологий получения цементного клинкера;
• формализованное представление процесса обжига цементного клинкера;
• имитационная модель технологического процесса обжига цементного клинкера; 
• алгоритм управления процессом термической обработки клинкера, обеспечивающий расчет температуры газовой смеси и расчет температуры материала;
• методика выбора оптимального варианта маршрутной технологии.

     Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

     Обоснованность  научных положений, рекомендаций и  выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных организаций.

     Практическая  ценность и реализация результатов работы

     Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Проведены экспериментальные исследования модели с целью выдачи рекомендаций по организации работы цеха обжига цементного клинкера. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ГУП «Таджикцемент» (Республика Таджикистан), а также используются в учебном процессе на кафедре "АСУ" Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных методов.

    Апробация работы

    Содержание  разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

• на научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах Республики Таджикистан (г. Душанбе, 2010-2011 гг.);
• на научно-методических конференциях МАДИ (Москва, 2008-2011 гг.),
• на заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

    Содержание  работы

     Во  введение показано актуальность, сформулированы цель и задачи исследования.

     В первой главе диссертации рассмотрены технологии  производства цемента. Цементная промышленность — одна из наиболее крупных и ответственных отраслей строительного производства. Сырьем для производства цементов служит смесь из известковых (карбонатных) и глинистых пород, с соответствующими добавками (ГОСТ 10178-85). Цементы выпускаются на основе клинкера, получаемого в результате обжига сырьевой смеси, вследствие чего в клинкере формируются силикаты кальция (70-80%), алюминатная и алюмоферритная фазы (20-30%).

     Технология  изготовления цемента складывается из следующих операций:

• добыча сырья (разработка карьера);
• приготовление сырьевой смеси — «сырьевой передел»;
• спекание клинкера (обжиг);
• помол цементной шихты.

     В зависимости от использования воды различаются сухой, мокрый и комбинированный (полусухой) способы производства.

     Сухой способ целесообразен при сравнительно малой влажности и однородном составе сырья, он же практикуется в случаях, если в сырьевую смесь вместо глины вводится гранулированный доменный шлак. Расход топлива при сухом способе существенно меньше, чем при мокром способе.

     При значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента чаще применяется мокрый способ, так как однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь получить легче, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, более мягкую структуру и легко диспергируются водой. Выбор мокрого способа предопределяется также в случае наличия в глине избытка посторонних примесей, для удаления которых необходимо «отмучивание» в присутствии воды. Кроме того, при мокром способе отжига облегчается размол сырья и требуется меньше энергии на его измельчение.

      Мокрый способ производства используется при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Способ назван мокрым из-за того, что измельчение смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии — «шлама» влажностью 30 – 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 4 м, а длина 150 и более метров, см. рис.1.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Обозначения: 1 - дымовая труба; 2 - дымосос; 3 - электрофильтр; 4 - система пылевозврата; 5 - шламовая труба; 6 - пылеулавливающая камера; 7 - цепная завеса; 8 - вращающаяся печь; 9 - головка  печи; 10  - топливная форсунка; 11  - рекуператорный холодильник; 12 - решетка горячей камеры; 13 – естественный воздух; 14 - клинкерный транспортер.

 

     Шарики  клинкера, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок (который, собственно, и представляет собой цемент).

     При комбинированном способе производится предварительное удаление части воды из смеси — путем фильтрации: это несколько снижает расход топлива, но усложняет процесс.