Автоматизация процесса производства клинкера

Измельчение материалов в  цементном производстве – один из технологических процессов. Помолу подвергают природные сырьевые материалы и искусственно подготовленные полуфабрикаты с различными добавками для придания определенных свойств цементу. От качества этих материалов и степени измельчения зависит качество цемента.

Помольные агрегаты, применяются в цементной промышленности, имеют высокую энергоемкость, и повышение коэффициента их полезного действия чрезвычайно важно. Конструктивные решения помольных агрегатов зависят не только от их мощности. Но и от способа производства цемента. Например, для мокрого способа производства нужны агрегаты, которые размельчают сырье с добавлением воды. При этом получается пульповидная масса, называемая шламом. При производстве цемента сухим способом требуется получить сухую (с минимальной влажностью) смесь в виде порошка. Для этого используются агрегаты, совмещающую сушку и помол сырья. Следовательно, цель автоматизации процессов измельчения материалов состоит в том, чтобы обеспечить максимальную производительность и устойчивые качественные показатели продукта помола.

Основной параметр, на котором базируется система автоматизации  работы трубных шаровых мельниц, - частота шума, издаваемая агрегатом  в процессе помола – использование  электроакустического метода контроля загрузки.

Цементное сырье  независимо от его вида подготавливают в трубных шаровых мельницах. Если завод использует мягкое пластичное сырье — мел и глину, то мельницы служат только для окончательного его измельчения. При работе на твердых породах весь процесс измельчения' после его дробления ведется непосредственно в трубных мельницах.

Системы автоматического  управления процессом помола в многокамерных  шаровых мельницах открытого  цикла должны обеспечивать стабилизацию технологических параметров — тонкости помола, влажности и максимальной производительности (рис.1).

 В автоматическом  регулировании загрузки мельниц  сырьем заложен принцип поддержания  соотношения между частотой шума  в первой камере и величиной  расхода подаваемого материала  электронным регулирующим прибором. При этом величину соотношения  принимают такой, при которой колебания тонкости помола шлама получаются наименьшими. У первой камеры установлен микрофон, который воспринимает частоту шума, издаваемого камерой, и преобразует ее в электродвижущую силу. Для контроля и регулирования процессов мокрого помола используют микрофоны с экранировочными щитками, что повышает направленность их действия. Возбужденная в микрофоне электродвижущая сила передается в усилительно-преобразующий блок, который усиливает и преобразует шумовую электродвижущую силу в напряжение постоянного тока. Величина напряжения пропорциональна этой частоте. Полученное таким образом напряжение подается на электронный автоматический потенциометр, измеряющий и регистрирующий величину напряжения и, следовательно, заполнение мельницы материалом [3].

 

Рисунок - 1. Схема  автоматического регулирования  помола сырья в трубной шаровой  мельнице.

 

Сигнал с  автоматического потенциометра  поступает на вход электронного регулирующего  прибора, управляющего исполнительным механизмом, который переставляет нож тарельчатого питателя. На ноже питателя установлен индукционный преобразователь расхода сырья. Исполнительный механизм включается лишь тогда, когда величина регулируемого параметра выходит за пределы зоны нечувствительности регулирующего прибора. Поскольку при изменении размалываемое™ материала изменяется частота шума камеры, регулятор всякий раз уменьшает или увеличивает количество материала, поступающего в мельницу. Система автоматического регулирования загрузки сырья устраняет перегрузку второй и третьей (а в четырехкамерной мельнице и четвертой) камер при подаче мелкого сырья и недогрузку этих камер при подаче крупного сырья. В результате становится возможным иметь меньший разброс значений тонкости помола шлама.

В основу автоматического  регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, положен принцип поддержания определенного соотношения между частотой шума в зоне шлакообразования и расходом воды, подаваемой в мельницу. Величину этого соотношения принимают, исходя, из необходимости обеспечить минимальные колебания влажности шлама. Принятое соотношение поддерживают автоматически электронным регулирующим прибором, на вход которого подается сигнал, пропорциональный уровню загрузки мельницы и плотности шлама в зоне шламообразования (под зоной шламообразования подразумевают ту часть длины мельницы, где вся вода усвоена материалом, и перемещение водяного потока относительно материала практически отсутствует). Сигнал пропорциональный расходу воды, также подается на вход регулирующего прибора. Электронный регулирующий прибор получает также и сигнал от системы автоматической коррекции, пропорциональный степени вязкости шлама. Указанная система коррекции автоматически изменяет расход воды при отклонении вязкости шлама от заданной величины[5].

В схеме автоматического регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, использован промежуточный каскад регулирования расхода воды по частоте шума второй камеры. Микрофон, установленный вблизи обечайки мельницы у зоны шламообразования против середины второй камеры, воспринимает частоту шума в этой камере. В усилительно-преобразующем блоке э. д. с. микрофона усиливается и преобразуется в напряжение постоянного тока, которое подается на вход электронного автоматического потенциометра. Потенциометр измеряет и регистрирует величину напряжения и косвенно загрузку второй камеры шламом, а также его вязкость. С реостатного преобразователя автоматического потенциометра сигнал поступает на вход электронного регулирующего прибора, управляющего исполнительным механизмом, который установлен на кране трубопровода.

Измерителем расхода воды служит дифманометр. От него сигнал поступает  на электронный регулирующий прибор, который и обеспечивает стабилизацию расхода воды в заданном объеме. Исполнительный механизм включается только тогда, когда величины регулируемых параметров — расход воды или шум — в зоне шламообразования выходят за пределы нечувствительности регулирующего прибора.

При изменении частоты  шума в зоне шламообразования регулятор  автоматически изменяет расход подаваемой в мельницу воды. При стабильном давлении в трубопроводе и достаточно линейной характеристике крана обратную связь через расходомер заменяют жесткой обратной связью от исполнительного механизма, перемещающего кран. Если расход воды изменяется в результате изменения давления в водопроводной магистрали, то регулятор восстанавливает заданный расход воды.

При работе рассмотренного каскада регулирования в качестве самостоятельного регулятора влажности  необходимо периодически изменять его  задания, поскольку происходит постоянный «уход» вязкости шлама от заданной величины. С этой целью в схеме предусмотрен каскад регулирования, состоящий из вискозиметра и регулирующего прибора прерывистого действия. Такой регулятор при большом запаздывании и плавном изменении регулируемой величины (что наблюдают при применении промежуточного каскада) позволяет улучшить динамическую характеристику регулирования".

В последние  годы институт ВИАСМ проводит работы по созданию усовершенствованной системы  управления процессом мокрого помола сырья в мельницах при помощи УВМ. Для этой цели использована УВМ «Днепр-1». Она позволяет вводить информацию от релейных частотных, а также аналоговых преобразователей, обладающих унифицированным выходом 0–5 мА. В принятой схеме УВМ воздействуют на параметры настройки системы автоматизации, поддержания их оптимальными в соответствии с принятым алгоритмом управления. В связи с тем что с течением времени необходимо корректировать коэффициент передачи и задания системы регулирования из-за изменения свойств подаваемого материала, перегрузки мельницы, уменьшения во времени шаровой загрузки, с выходных устройств УВМ в систему регулирования подаются корректирующие сигналы.[6]

Управляющее воздействие  для изменения коэффициента передачи подается с аналогового выхода УВМ на вход автоматического, самопишущего потенциометра с реостатным задатчиком. Напряжение прямого сигнала электроакустического преобразователя, зависящее от положения реостатного задатчика автоматического потенциометра, суммируется с напряжением сигнала обратной связи по расходу регулируемого компонента (воды или материала) и с напряжением управляющего воздействия от УВМ по изменению задания. Суммарный сигнал поступает на вход регулируемого прибора. Основные преимущества этой схемы заключаются в том, что использована аппаратура, серийно выпускаемая промышленностью.

Контроль влажности  материала. Одним из технологических  параметров характеризующих режим  мокрого способа производства, является влажность материала на выходе из цепной завесы. Она обусловливает гранулометрический состав материала, скорость движения его в последующих зонах, интенсивность теплопередачи от газа к материалу, пылеунос из печи. Непрерывная информация о влажности материала за цепной завесой необходима для опережающего контроля в системе управления печью.

Для технологических  линий сухого способа производства важным параметром является степень  декарбонизации материала после  запечных теплообменных устройств. Использование этого параметра  позволит системе управления заранее  воздействовать в нужном направлении на подаваемое в декарбонизатор или печь топливо.

Контроль этого  параметра производится нейтронным методом, заключающимся в использовании  замедления нейтронов при их упругом  рассеянии на ядрах атомов водорода (контроль влажности) или углерода {контроль степени декарбонизации). Нейтронный метод положен в основу разработанного Гипроцементом и ВНИИРТом (Всесоюзным научно-исследовательским институтом радиационной техники) нейтронного влагомера НИВА-2 (рис. 2).

 

Рисунок – 2. Нейтронный влагомер НИВА-2

Основу данного  влагомера составляют детектирующее  устройство (ДУ), устанавливаемое у  корпуса печи, и электронно-измерительный  блок.

Детектирующее устройство состоит из плутоний-берллиевого  источника быстрых нейтронов  с выходом порядка 10⁵ нейтрон/с, четырех высокоэффективных гелиевых счетчик медленных нейтронов типа СИМ-18-1 и электронного блока усиления и формирования импульсов. Электронно-измерительный блок выключает в себя измерительно-пересчетный блок (БИП), блок таймера (БТ), блок управления (БУ) и блок преобразований индикация (БПИ), с выхода которого сигнал поступает на вход ЭВМ и на вторичный прибор.

Пределы измерения  влажности, но шкале прибора 3—25 %, основная погрешность 1,5%. Устройство с 1977 г. эксплуатируется  на трех печах Себряковского цементного завода. В дальнейшем оно было усовершенствовано НПО Промавтоматика путем перевода электронно-измерительного блока на микросхемы и модернизации ряда устройств; оно получило название НИВА-2М. Применение его на Себряковском заводе и в ПО Акмянцементас дает экономический эффект в 8—10 тыс. руб. в год на одну печь.

Особенностями АСУТП помола сырья являются:

алгоритм управления процессом в переходных режимах, необходимый для ввода технологического процесса в режим после пуска  мельницы и подачи в нее сырья, а также при длительных перебоях в его поступлении;

алгоритмы диагностики  ряда нарушений технологического процесса, таких как “завал”, “замазывание”  и др.;

увеличение  числа и централизация сигналов технологических параметров — как  дискретных, так и аналоговых, и вывод их на дисплей и печать

возможность использования  в АСУТП более сложных законов  регулирования;

оптимальное управление, гарантирующее лучшее качество управления процессом;

реализация  непосредственного цифрового управления (НЦУ) исполнительными механизмами, управляющими подачей сырья и воды в мельницу. Исходной информацией в АСУТП являются дискретные сигналы о работе мельницы и вспомогательных механизмов, поступлении сырья в мельницу и др., а также аналоговые сигналы о расходе воды и сырья, загрузке мельницы материалом, вязкости шлама, токе нагрузки и активной мощности главного привода.

 

3 Средства автоматизации и приборы, используемые для автоматизации процессов

 

Питатели предназначены  для равномерной выдачи материалов из бункеров, загрузочных воронок и подачи их в дробильно-помольные, формующие и другие машины или на транспортирующие устройства. В ряде случаев питатели используют и для дозирования, когда не требуется особо большой точности.

Тарельчатые (дисковые) питатели применяют для пылевидных, зернистых и кусковых (до 150 мм) материалов при непрерывной подаче материала в машины, а также для объемной дозировки порошкообразных материалов.

Ключ  управления — ручной переключатель на два и более положений для замыкания и размыкания электрических цепей управления. Обычно устанавливаются на диспетчерских щитах и пультах управления, в системах автоматики и телемеханики.

Таблица1

Параметры электроисполнительного  механизма

 

Обозначение механизмов	Номинальный  крутящий момент,  N·m	Номинальное   время полного хода выходного вала, s	Полный номинальный  ход выходного вала, r	Питание,        V	Потребляемая  мощность, W
МЭОФ-40/25-0,25К	40	25	0,25	3 ф.; 380	110

 

 Рабочее положение механизмов — любое, определенное положением трубопроводной арматуры. Механизмы изготовляются с одним из следующих блоков сигнализации положения выходного вала: