Автоматизация процесса производства клинкера

Ввeдeниe

 

Влияниe aвтoмaтизaции  нa пpoизвoдcтвeнныe пpoцeccы в oтpacляx пpoмышлeннocти cтpoитeльныx мaтepиaлoв пpoявляeтcя в  пoвышeнии пpoизвoдитeльнocти тpудa, пpиpocтe выпуcкa пpoдукции, cнижeния pacxoдa мaтepиaлoв  и тoпливo - энepгeтичecкиx pecуpcoв. Вcё этo пoзвoляeт oкупить кaпитaльныe зaтpaты нa 3 – 3,5 гoдa. Coздaние aвтoмaтизиpoвaнныx cиcтeм упpaвлeния тexнoлoгичecкими пpoцeccaми, aвтoмaтизиpoвaнныx тexнoлoгичecкиx кoмплeкcoв oбуcлaвливaeт и coциaльный эффeкт, пpивoдящий к улучшeнию уcлoвий тpудa, тexники бeзoпacтнocти и т. д.

Блaгoдapя буpнoму paзвитию тexники в XX в. пoявилиcь энepгeтичecкиe, тexнoлoгичecкиe, тpaнcпopтныe и дpугиe мaшины и aгpeгaты c aвтoмaтичecким упpaвлeниeм. Шиpoкoe иcпoльзoвaниe в пpoизвoдcтвeнныx пpoцeccax aвтoмaтичecкoгo и aвтoмaтизиpoвaннoгo oбopудoвaния — этo и ecть aвтoмaтизaция пpoизвoдcтвa [1].

В ocнoвe aвтoмaтизaции  пpoизвoдcтвa лeжит cиcтeмный пoдxoд к  пocтpoeнию и иcпoльзoвaнию кoмплeкca cpeдcтв aвтoмaтичecкoгo упpaвлeния, peгулиpoвaния  и кoнтpoля. В aвтoмaтикe шиpoкo иcпoльзуютcя нoвeйшиe дocтижeния в oблacти нaуки и тexники, чтo пoзвoляeт пoлнee pacкpыть вoзмoжнocти тexнoлoгичecкoгo oбopудoвaния.

Промышленность  строительных материалов - это комплексная  отрасль, включающая порядка 20 самостоятельных  отраслей, многие из которых насчитывают в своем составе несколько производств, при этом каждая отрасль образует свой рынок, который функционирует самостоятельно, образуя в совокупности общий рынок строительных материалов.

В Казахстане низкими  темпами осуществляется перевооружение предприятий по производству цемента, сборного железобетона, керамических плит, теплоизоляционных материалов, энергосберегающих материалов и других изделий.  На сегодняшний день отечественная промышленность строительных материалов способна удовлетворить лишь часть потребностей строительного комплекса Казахстана, и как следствие существенную долю на рынке занимает импортная продукция, не допуская дефицита практически по всем видам строительных материалов.

Производство  портланцемента осуществляется двумя способами: сухим и мокрым, каждый из которых обладает рядом преимуществ, но в настоящее время анализ зарубежного опыта показывает, что в развитых странах цемент производится в основном сухим способом. В таких странах как Япония, Южная Корея, Испания, США доля производства цемента сухим способом в общем объеме колеблется в пределах 80-100 %. Данный факт объясняется тем, что сухой способ производства портланцемента обладает важнейшим преимуществом: возможность более высокого съема клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи в 15-20 раз более мощные, чем при производстве мокрым способом. Однако, надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья, переработка сырья с влажностью более 20-25% по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

На фоне передового опыта развитие цементной отрасли  должно осуществлять по следующим взаимодополняющим  направлениям: при строительстве новых заводов необходимо использовать передовые энергосберегающие высокопроизводительные технологии автоматизации процессов.

В итоге для  минимизации затрат и без ущерба для качества можно предложить новое  поколение цементных заводов, работающих по сухому способу подготовки сырья, которые будут уже автоматизированы. Это высокоавтоматизированные и экономичные заводы, отличающиеся наилучшим на современном рынке соотношением производительность - цена - качество продукции.

В последние  годы автоматизация  процессов на предприятиях цементной промышленности осуществляется в широких масштабах:  вводятся в действие системы автоматического контроля регулирования отдельных процессов, вводятся в действие автоматизированные системы управления технологическими процессами, создаются автоматизированные технологические комплексы, особую популярность завоевывают решения по автоматизации производства на базе промышленных роботов, позволяющих обеспечить полный цикл обработки с высокой производительностью и точностью, избежать перерывов и производственных ошибок, свойственных человеку.

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 на основе аналоговой техники [1].

В 90-х возникло принципиально новое направление  — разработка автоматизированного оборудования для производства цемента и создание на этой базе автоматизированных технологических комплексов. Основу технических средств систем автоматизации технологического оборудования составляют средства микропроцессорной техники.

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.

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 [2].

Технологический процесс производства портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига смеси и измельчения клинкера в тонкий порошок совместно с гипсом, а иногда с добавками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Задание на автоматизацию

 

Автоматизация процессов приготовления шихты  подразумевает под собой автоматическое управление и регулирование таких  параметров как загрузка, измельчение  и транспортировка сырьевых материалов.

Шихта - совокупность материалов, подлежащих переработке  данным заводским процессом. От состава  шихты зависит состав получаемого  продукта, расход материалов, продолжительность  операции, стоимость ее и т. д.

Главной задачей  при производстве шихты является подготовка сырьевой смеси заданного химического состава, определенной влажности и тонкости помола, для последующей подачи в обжиговую вращающуюся печь, где произойдет ее спекание и образование клинкера.

Для отдельных  процессов были разработаны системы автоматического контроля и регулирования процессов мокрого помола сырья; обеспечивающие стабилизацию качества получаемой продукции: тонкость помола, химический состав сырьевого шлама и т.д.

Главным возмущающим  фактором изменения качества сырьевой смеси в процессе ее приготовления является неоднородность подаваемых на завод сырьевых материалов. От степени этой неоднородности зависит выбор  той или иной технологической схемы, а вместе с ней и системы управления.

Сырьевой материал, добываемый на карьерах, имеет, как правило, неоднородный химический состав. Для стабилизации состава сырьевой смеси применяют различные технологии ее приготовления: с оборудованием, работающим по периодической схеме, в полупотоке и потоке. При периодическом процессе сырьевая смесь приготавливается в вертикальных шлам - бассейнах. Каждый из компонентов после измельчения в виде известкового, известково-огарочного и лессового шламов подается в свой вертикальный шлам - бассейн. Зная химический состав каждого компонента и его количество в бассейнах, производят расчет объемов этих компонентов. Затем их перекачивают в один общий шлам – бассейн, в котором доводят сырьевую смесь до заданного химического состава. После перемешивания всех компонентов в общем шлам - бассейне приготовленная сырьевая смесь транспортируется в горизонтальный усреднительный шлам – бассейн.

Автоматизация непрерывного способа приготовления  сырьевой смеси в потоке может  осуществляться при двух условиях:

1. химический состав каждого из компонентов постоянен ( редкий случай);
2. химический состав компонентов изменяется.

При дозировании  исходных компонентов  с известным  и неизменным составом (что может  быть достигнуто стабилизацией состава  сырьевых материалов на предыдущих стадиях) подача материалов устанавливается на постоянное значение по их расходу. В случае, если исходные компоненты имеют переменный состав, при дозировании возникает необходимость регулировать соотношение их расхода.

Существует  несколько вариантов регулирования  систем дозирования исходных компонентов, подаваемых на сырьевую мельницу, при циклическом процессе.  Вариант 1: системы управления предполагает регулирование по анализу состава каждого компонента с отбором пробы материала после дозатора. Недостатком данного способа является необходимость контроля состава кусковых материалов в условиях, при которых требуется дополнительно их измельчать, а пробы усреднять. Вариант 2: предусматривает управление дозаторами на основе анализа сырьевой смеси после мельницы.

При непрерывном  процессе также можно регулировать химический состав сырьевой смеси. Сырьевые компоненты подаются дозаторами из бункеров в сырьевую мельницу, в этом случае происходит автоматический отбор пробы, которая доставляется к автоматическому анализатору, полученная информация передается в счетно-решающее устройство, где определяются абсолютные значения коэффициента насыщения модулей, величины их отклонений от  расчетных значений, и производится расчет корректирующих воздействий на регуляторы. На основании проведенного химического анализа сырьевой смеси – соответственно меняется соотношение исходных компонентов.

 Основными  требованиями регулируемых процессов,  возникающими при автоматизации  помольных агрегатов, являются  требования к технологической  наладке самого агрегата, а также  к загрузке его мелющими телами. Загрузка мельницы должна быть достаточной для обеспечения ее максимальной пропускной способности при измельчении самого трудноразмалываемого материала по заданной тонкости помола.

Основное требование к сырьевой мельнице (при всех качественных изменениях сырья) является необходимость обеспечения максимальной ее производительности (получения шлама на выходе мельницы с заданными вязкостью, тонкостью помола и химическим составом). Задача автоматизации сырьевой мельницы – поддержание этих параметров на заданном уровне.

Выбор систем автоматики для процессов помола осуществляется при условии обеспечения технологического регламента и работе оборудования в  номинальном режиме.

Выходными регулируемыми  параметрами являются тонкость помола и вязкость шлама.

Для непрерывного контроля вязкости шламов применяется  ротационный вискозиметр [2].

Выбор систем автоматики для процессов помола осуществляется при условии обеспечения технологического регламента и работе оборудования в  номинальном режиме.

Факторы, влияющие на технологический режим помола сырьевых материалов, учитываются при выборе и настройке систем автоматического регулирования.

Помол сырьевых материалов является основным в процессе приготовления сырьевой смеси. От соблюдения режима измельчения сырьевых материалов и их смешивания зависит качество промежуточных полупродуктов сырьевой смеси и клинкера, а также готового продукта- цемента.

На управление процессами смешивания и помола материалов может оказывать влияние и  вспомогательное оборудование, например ленточные транспортеры, дозаторы и др.

Для дозирования  твердых компонентов в сырьевую мельницу применяются ленточные, тарельчатые  питатели и др.  Ленточный питатель служит для выдачи мелкозернистых, мелко- и крупнокусковых материалов. Регулирование производительности осуществляется ножом, с помощью которого изменяется сечение потока выдаваемого материала. При этом электропривод обеспечивает постоянство числа оборотов диска.

На управляемые  процессы также большое влияние  оказывает стабилизация химического состава сырья, а именно измерение расходов сырьевых материалов и необходимость их дозирования с максимально возможной точностью [3].

Соблюдение  технологического режима и управление процессами невозможны без постоянного  контроля ряда параметров: химического состава клинкера и цемента, измерения вязкости шлама, тонкости помола и т.д.

В процессе приготовления  цемента контроль параметров осуществляется аналитическими методами и с помощью  приборов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Схема автоматизации

 

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  – мокрый способ, поэтому основной объем работ по автоматизации цементной промышленности связан с этим способом. 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 [4].