Разработка АСР температуры обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником

Разработка  АСР температуры  обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником 

Содержание  расчетно-пояснительной  записки 

Введение

1 Анализ современного состояния автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера

1.1 Анализ литературных источников

1.2 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником

1.3 Требования к автоматизированным системам контроля и управления

2. Определение параметров объекта регулирования

3. Выбор типового регулятора АСР и определение параметров его настройки для заданного технологического параметра

3.1 Определение параметров настройки ПИ - регулятора

4. Анализ динамических характеристик АСР при выбранном типе регулятора и найденных параметрах его настройки

5. Расчет одноконтурной цифровой АСР

6. Выбор технических средств автоматизации

6.1 Датчик температуры

6.2 Регулятор температуры

6.3 Исполнительный механизм

Заключение

Список используемой литературы

Список аппаратных и программных средств

Приложение 1

 

_{Введение}

 

      Эффективность работы вращающихся печей цементной  промышленности в немалой степени  зависит от наладки технологического оборудования, процесса обжига клинкера и режима эксплуатации печей при  выпуске клинкера высокой активности, минимальном расходе топлива  и высоких технико-экономических  показателях.

      Комплекс  процессов, происходящих во вращающихся  печах под воздействием тепловой энергии, весьма обширен и сложен. Процессы горения топлива, движения газов и материала, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой и каждый из них имеет решающее значение. Они и определяют основные мероприятия при проведении наладки: подбор оптимального химического и минералогического состава клинкера в сырьевой смеси, обеспечивающего необходимые условия для высокоэффективной работы печи и стабильности процесса; выбор рациональной конструкции теплообменных устройств для интенсивного теплообмена и снижения потерь теплоты; отработка рационального режима сжигания топлива, обеспечивающего экономное его расходование и интенсивность высокотемпературных процессов; выбор оптимальных режимных параметров и отработка методов управления процессами.

      Производительность  печей, удельный расход топлива зависят  не только от конструктивных и технологических  исходных характеристик, но и от режима работы. Форсирование режима до известного предела повышает производительность, но увеличивает унос материала, температуру отходящих газов, удельный расход теплоты. Дальнейшее форсирование может привести к сокращению производительности из-за большого уноса при одновременном резком увеличении удельного расхода теплоты. Уменьшение нагрузок печей против оптимальных также расстраивает их работу: происходит смещение зон, пересушка материала и т.д.

      Выбор и поддержание оптимальных нормативов, показателей и параметров технологического процесса оказывает решающее влияние на получение продукции заданного качества, а также на экономику предприятия.

      Обжиг клинкера - самый сложный, важный и энергоемкий передел. Общие энергозатраты на производство цемента распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья - 10%, обжиг клинкера - 79%, помол цемента - 10%, прочие - 1%. Поэтому наладка процесса обжига, снижение энергозатрат, прежде всего затрат топлива приобретают исключительное значение.

      В основе наладочных работ лежит анализ процессов, происходящих в печи при  многочисленных изменяющихся факторах. Не следует полагать, что проведение обычных наладочных работ обеспечит полную оптимизацию процесса обжига клинкера. Каждый оптимальный режим может быть рассчитан только с применением средств вычислительной техники на основании достаточно обширной и точной технической и химико-технологической информации, что требует специальных исследований.

      Совершенствование организаций и методов наладки, испытаний технологического оборудования, безусловно, способствует повышению  технической культуры его эксплуатации, повышению эффективности цементного производства и ускорению освоения проектных мощностей предприятий.

      Интенсивное развитие цементной промышленности в последние годы, внедрение печных установок большой единичной  мощности, вовлечение в производственный процесс сырьевых материалов более  низкого качества ставят перед цементным  производством новые проблемы.

 

_{1 Анализ  современного состояния  автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера}

_{1.1 Анализ литературных источников}

 

      При обжиге сухих сырьевых смесей используют печи с циклонным теплообменниками. Размеры таких печей намного меньше размеров печей, работающих по мокрому способу, так как процессы подготовки сырья вынесены здесь в запечные агрегаты с интенсивным конвективным теплообменом, обеспечивающим эффективное использование теплоты отходящих газов. Высокая экономичность, малые размеры и низкие капитальные затраты при сооружении таких печей обеспечили им широкое распространение. Благодаря высокой степени декарбонизации сырьевой муки, поступающей в печь, улучшается ее текучесть и снижается тепловая нагрузка на печь. Эти особенности в сочетании с простотой регулирования позволяют легко управлять режимом обжига и обеспечивать надежную работу печного агрегата. На цементных заводах сухого способа производства успешно эксплуатируются печи с размерами 4х60, 5х75, 7/6,4х95 м.

      Печи  для обжига сухих сырьевых смесей при равной производительности примерно вдвое короче печей для обжига шлама. Это достигается тем, что часть процессов выносится из печи в запечные теплообменные устройства. В России для обжига сухих смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками и с конвейерными кальцинаторами (печи "Леполь").

      В основу конструкции печей с циклонными теплообменниками положен принцип  теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют процесс теплообмена. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой 900...1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15...20 м/с, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор-мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная от относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80% осуществляется в газоходах и только 20% приходится на долю циклонов. Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреваться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35% декарбонизируется. 

      

      Рис. 1. Схема теплового агрегата для обжига клинкера по сухому способу.

 

       Перспективность применения сухих  печей обусловлена тепловой экономичностью, высокой удельной производительностью, простотой конструкции, малыми размерами  и низкими капитальными затратами. Недостатки печей этого типа высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. Поскольку степень декарбонизации цементной сырьевой муки, поступающей из циклонного теплообменника в печь, не превышает 35%, материал должен оставаться в печи продолжительное время для завершения процесса обжига. Для интенсификации процесса разработаны системы трехступенчатого обжига, принцип которого заключается в том, что между циклонным теплообменником и вращающейся печью встраивается специальный реактор - декарбонизатор. Сжигание топлива и декарбонизация материала в таком реакторе происходят в вихревом потоке газов. 

      

      Рис. 2. Модель и реальный вид циклонного теплообменника с декарбонизатором.

 

       После прохождения циклонных теплообменников  сырьевая мука с температурой 720...750 °С поступает в декарбонизатор. Частицы сырьевой муки и распыленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, немедленно передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до температуры 920...970°С. Материал в системе "циклонный теплообменник - декарбонизатор" находится лишь 70...75 с и за это время декарбонизируется на 85...95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5...3 раза. Удельный расход теплоты снижается до 3,0...3,1 МДж/кг клинкера. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественное топливо, а также бытовые отходы. Стоимость сооружения установки с декарбонизатором на 10% ниже стоимости установки с циклонным теплообменником той же производительности. Размеры установки невелики, и она может использо­ваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей.

      Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками характеризуются простотой конструкции  и соответственно эксплуатации, а  также высокой теплотехнической эффективностью.

      Эффективность сухого способа производства, в частности  с использованием вращающихся печей  с циклонными теплообменниками, подтверждается многолетней практикой.

      В таблице 1 приведены показатели работы вращающихся печей цементной  промышленности Японии.

 

       Таблица 1

 

      Эти данные показывают, что удельная производительность печей с циклонными теплообменниками в 3 раза выше, чем печей мокрого  способа. Удельная производительность печей с циклонными теплообменниками на практике в отдельных случаях более высока ≈73 кг/ (м³·ч), а при осуществлении мер по повышению частоты вращения может быть доведена до 95,8 кг/ (м³·ч).

      Система циклонных теплообменников работает по принципу противотока горячих  газов и материала в системе  в целом и прямотока в каждом цикле. Высокая эффективность теплообмена в циклонных теплообменниках обеспечивается вследствие непосредственного контакта частиц материала и горячих газов.

      Исследования  процесса теплопередачи в системе  циклонных теплообменников позволяют  предположить, что основной теплообмен между газами и материалом протекает  в газоходах (≈80%) и только на 20% в циклонах. Основные параметры газа в системе циклонных теплообменников: скорость в газоходах - 20-22 м/с; расход газа за циклонными 1,4-1,5 м³/кг клинкера; пылеунос из циклонов 6-9% расхода сырьевой муки. Удельный расход теплоты определяется многими факторами и уменьшается с увеличением размеров и мощностей печей. Так, печь с циклонным теплообменниками фирмы "Гумбольдт" при производительности 350 т/сут. Имеет удельный расход теплоты 920×4,1868, а при производительности 3500 т/сут. - 740×4,1868 кДж/кг.