Автоматизация процесса помола клинкера при производстве цемента

       Наиболее  мощный резерв роста производительности и экономии электроэнергии - укрупнение помольных агрегатов. Поскольку  производительность трубных мельниц  растет пропорционально диаметру в  степени 2,5 и пропорционально длине, совершенствование конструкции мельниц идет преимущественно за счет увеличения их диаметра.

       Внедрение замкнутого цикла помола обусловлено  повышением требований к тонкости помола, которые не могли быть удовлетворены  при работе на установках открытого цикла. Мельницы же, работающие в замкнутом цикле, дают более однородный по размеру зерен продукт, характеризуются большей удельной производительностью, имеют меньшую температуру мельничного пространства, а, следовательно, и выходящего продукта. Удельный расход энергии в них меньше, чем при открытом цикле. Применение замкнутого цикла целесообразно еще и потому, что измельчаемая шихта состоит из компонентов различной размолоспособности. В замкнутом цикле более твердые компонент измельчается дольше, а своевременное удаление из мельницы мелких частиц предотвращает их переизмельчение, на которое затрачивается большое количество энергии. Следует, однако, учесть, что мельницы замкнутого цикла требуют больших капитальных затрат. В них больше вспомогательной аппаратуры и они сложнее в эксплуатации.

       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.

       На  производстве были внедрены разнообразные  АСУТП. 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.

       Разработка  средств и систем автоматизации  осуществлялась в следующих направлениях по созданию:

• средств автоматического или автоматизированного контроля технологических параметров и качества материалов;
• АСУТП на основе средств вычислительной техники;
• автоматических систем контроля и регулирования (СКР) на основе аналоговой техники;
• АСУП и интегрированных систем управления (ИАСУ) на базе средств вычислительной техники.

        1.2 Автоматизация производства

       В данной работе рассматривается автоматизация  процесса помола клинкера при производстве цемента.

       Управление  процессом помола, осуществляемое обслуживающим  персоналом вручную в период пуска и вывода мельницы на номинальный режим, или управление с отключенной автоматикой, а также настройка АСР требует технологического контроля, который производиться с помощью показывающих и автоматических самопищущих приборов. Например, контроль уровня загрузки мельницы материалом позволяет машинисту вручную вести процесс помола в нужном режиме, судить о прекращение поступления материала в мельницу, о перегрузке ее и т.д.

       Как видно, в процессе работы цементной  мельницы могут изменяться параметры: расход гипса и добавок, уровень загрузки материалом 1-й камеры мельницы, тонкость помола цемента на выходе из мельницы, разрежение в мельнице и др.

       Уровень загрузки первой камеры мельницы измеряется электроакустическим устройством. В качестве дозаторов чаще всего используются тарельчатые питатели. Число питателей устанавливается на цементной мельнице по числу компонентов: клинкера, гипса и добавок.

       Дополнительно на сепараторной цементной мельнице контролируется количества цемента, циркулирующего в замкнутом контуре. Контроль осуществляется на загрузке электропривода элеватора от трансформатора тока, сигнал от которого поступает на показывающий прибор.

       На  схеме показан агрегат, не имеющий  распределения грубого продукта сепарации между камерами. Для этой технологической схемы применяется двухкаскадная схема автоматического регулирования. Регулятор уровня загрузки мельницы воздействует на подачу исходных компонентов. На этот же регулятор поступает корректирующий пропорциональный сигнал от измерителя циркуляционной нагрузки на элеваторе, а также сигнал обратной связи от индукционного датчика, встроенного в исполнительный механизм по положению ножа тарельчатого питателя. При уменьшении величины электроакустического сигнала или увеличении тока электродвигателя элеватора действие регулятора направлено на уменьшение расхода клинкера; при увеличении электроакустического сигнала или уменьшении тока электродвигателя элеватора регулятор увеличивает подачу клинкера.

       Полный  закон регулирования расхода  клинкера имеет вид:

Q_кл = k₁·f + k₂·І + Q_кло

       где Q_кл - расход клинкера; f - величина электроакустического сигнала; k₁ - коэффициент пропорциональности регулятора по электроакустическому сигналу; І - величина тока электродвигателя элеватора; k₂ - коэффициент пропорциональности регулятора по току; Q_кло - задание регулятору.

       Экспериментальным путем при разработке мельницы на ручном управлении определяются рабочие диапазоны изменения сигналов по частоте ∆f и по ходу тока ∆І, а также соответствующий им диапазон изменения положения регулирующего органа ∆α_кл.

       По  каждому из указанных регулируемых параметров определяется коэффициент  подачи: k₁ = ∆α_кл / ∆f, k₂ = ∆α_кл / ∆І. Настройка регулятора осуществляется отдельно для каждого из параметров ∆f и ∆І при постоянном значении другого. Дозирование гипса и добавок производиться регуляторами. Сигнал, пропорциональный расходу клинкера, взятый из цепи датчика исполнительного механизма и регулятора, подается на вход регуляторов гипса и добавок. Синхронное сложение этих регуляторов обеспечивается за счет жестких обратных связей по положению регулирующих органов, идущих к регуляторам от индукционных датчиков исполнительных механизмов. Таким образом, система слежения обеспечивает подачу гипса и добавок в определенном соотношении к расходу клинкера: k₃ = Q_гипс / Q_кл, k₄ = Q_доб / Q_кл.

       Система автоматического регулирования  настраивается так, чтобы срабатывание регуляторов приводило к изменению  расхода исходных материалов в нужную сторону. При падении электроакустического сигнала и роста тока электродвигателя элеватора расход исходных материалов уменьшается и, наоборот, при росте электроакустического сигнала и падении тока - увеличивается.

       При автоматизации помольных агрегатов  вся измерительная и регулирующая аппаратура размещается на цеховых щитах. В период пуска и выхода из строя автоматики обслуживающий персонал пользуется системой дистанционного управления. Для этой цели на пульт управления выноситься вся аппаратура дистанционного управления: ключи и переключатели управления, указатели положения и др.

       На  схеме показано дистанционное управление электродвигателями тарельчатых питателей  SA1, SA2, SA3 и др. Переключение с автоматического регулирования на дистанционное управление и обратно осуществляется ключами, встроенными в регулятор1. При дистанционном управлении ключ управления должен находиться в положении «Дистанционно». Поворотом его в положение «Больше» или «Меньше» нож тарельчатого питателя устанавливается по указателю.

       От  надежной работы помольного агрегата, его вспомогательного оборудования зависит качество цемента. Прекращение подачи материала в мельницу, вызванное его зависанием в бункере или вынужденной остановкой электропривода тарельчатого питателя, приводит к нарушению технологического режима, изменению химического состава цемента. Предусмотренная схемой сигнализация своевременно предупреждает обслуживающий персонал об остановке электропривода тарельчатого питателя, отсутствии подачи материала из бункера на тарелку питателя. Кроме перечисленных параметров, дополнительно может быть предусмотрена сигнализация изменения температуры подшипников мельницы, остановки мельницы и др.

        Заключение

       Наиболее  высокий уровень автоматизации  в промышленности строительных материалов имеет цементное производство. Основной предпосылкой для этого является соответствующее состояние технологических протоков производства. Доминирующий способ производства цемента в РФ – мокрый способ, поэтому основной объем работ по автоматизации цементной промышленности связан с этим способом. Вместе с тем в последние годы внедряют и сухой способ производства цемента.

       Существующий  уровень автоматизации цементного производства характеризуется установкой на всех технологических переделах  приборов автоматического контроля, как общепромышленного назначения, так и специфических, специально созданных для цементной промышленности. На передовых заводах осуществляется комплексная автоматизация производства. Разработаны, внедрены и показали высокую надежность и эффективность системы автоматизации основных технологических процессов – приготовления сырья, обжига и помола клинкера. Созданы и серийно выпускаются установки автоматического контроля и регулирования процесса сушки шкалы в прямоточных сушильных барабанах, процесса охлаждения цементного клинкера в холодильниках колосникового типа. Всего в цементной промышленности внедрено и работает около 600 различных систем автоматизации.

       Успехи  отечественной науки и техники  в области создания электронных  управляющих машин позволили  перейти к качественно новому этапу автоматизации, характеризующемуся переходом от автоматизации отдельных технологических агрегатов к автоматизации участков производства и завода в целом. Необходимые для этого работы по математическому описанию объектов управления и разработке алгоритмов управления производят в различных институтах России.

       Следующим этапом совершенствования управления по отношению к оптимальному планированию работы цехов является оптимизация  деятельности завода в целом по экономическому критерию. Для этого разрабатывают  математически-экономическую модель цементного производства. Предусматривается выполнение работ по созданию типовых автоматизированных систем управления с определением наиболее экономических структур и последующего их распространения с постоянно возрастающим объемом внедрения систем автоматизации отдельных агрегатов, линий, а также средств автоматизации инженерного и управленческого труда.[1]

       Автоматизация оборудования позволяет увеличить  его производительность, сократить  затраты материалов, топлива и  энергии за счет более рационального их использования, а также сократить количество обслуживающего персонала и сохранять качество продукции. Однако прежде чем приступить к разработке системы автоматического управления, необходимо оценить, что она дает предприятию и всему народному хозяйству, какие критерии и методы должны быть положены в основу оценки экономической эффективности автоматизации и, наконец, какими должны быть системы автоматического управления, чтобы обеспечить максимальный экономический эффект.

       Каждая  автоматическая система должна быть оценена с точки зрения удобства и экономичности ее эксплуатации. Автоматизация технологических процессов приготовления цементного клинкера позволяет резко повысить культуру производства и производительность труда, обеспечить сохранение качества нагреваемых за счет точного выдерживания тепловых режимов в процессе разогрева, а также обеспечить оптимальный расход топлива и электрической энергии.

        Список использованных источников

       1. http://www.twirpx.com/downloads.special.atpp.html. Мироненко  А. В. «Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице»// Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Технические средства автоматизации”// СибАДИ, 2007 – С. 3 – 44.