Автоматизация шаровой мельницы при производстве цемента

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА  ЦЕМЕНТА………………………………………...………………………..4
2. ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА………………………………………………….5
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ………………………………………………………………6
4. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА……………………………………………………………….7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...8

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………….9

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

1. Структурная схема контроля и управления системы автоматизации технологического процесса производства шлама в сырьевой мельнице для производства цемента.
2. Схема автоматизации технологического процесса производства цемента (шаровая трубная мельница).

 

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы на предприятиях цементной промышленности были созданы  условия для ускорения технического прогресса и решения многих важных задач совершенствования техники  и технологии. При этом следует  подчеркнуть, что технический прогресс осуществлялся путем широкого проведения таких мероприятий, как оснащение  предприятий современным оборудованием, новыми средствами механизации и  автоматизации, внедрение передовой  технологии, интенсификация производственных процессов, рациональная организация  труда, выпуск продукции, отличающейся наибольшей эффективностью и высоким  качеством.

Технологические процессы современных  промышленных установок характеризуются  оптимальными значениями параметров, в ряде случаев критическими и  сверхкритическими, малым допустимым диапазоном отклонения их от оптимальных, обеспечением определенного соотношения  между ними.

Надежность и достоверность  технологического контроля и автоматического  управления во многом определяются качеством  наладки контрольно-измерительных  приборов, средств автоматизации, систем и устройств технологической  сигнализации, защиты и блокировки. Поэтому при подготовке специалистов-техников по монтажу и наладке систем контроля и автоматического управления наладочным работам должно уделяться особое внимание.

Наладка средств измерений  и систем технологического контроля предусматривает комплекс работ  по их проверке и настройке, обеспечивающих получение достоверной информации о значениях контролируемых величин и ходе того или иного технологического процесса. Этот комплекс работ для строящихся объектов выполняется в три стадии.

Эффективная работа любого производства обеспечивается только комплексной  наладкой с участием специалистов различных  специализированных организаций и  производственных подразделений.

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА

 

Современный цементный завод  представляет собой сложный комплекс технологического оборудования, обеспечивающий переработку сырьевых материалов (известняков, мела и др.) в цемент. Цемент выпускается  различных видов и марок, применяется  в больших количествах в качестве основного строительного материала. В цементной промышленности получили распространение в основном мокрый и сухой способы производства.

В качестве исходных материалов для процесса обжига и образования  клинкера используются искусственно приготовленные смеси из карбонатных и глинистых  пород.

Измельчение твердых сырьевых материалов, транспортируемых с помощью  специальных питателей и дозаторов  в сырьевое отделение со склада, осуществляется в помольных агрегатах  — шаровых трубных мельницах. Одновременно с измельчением до определенной тонкости помола сырьевых материалов в мельнице происходит смешивание известняковых  и глинистых компонентов, а также  добавок (огарков). На заводах, использующих пластические материалы, вторичная  стадия измельчения осуществляется в болтушках, где происходит отмучивание, или в мельницах "Гидрофол". Шлам перекачивается центробежными насосами в усреднительные бассейны: сначала в вертикальные шламбассейны, а затем в горизонтальные.

Подготовленная сырьевая смесь заданного химического  состава, определенной влажности и  тонкости помола подается в обжиговую  вращающуюся печь, где происходит спекание и химическое превращение  смеси, в результате чего получается новый, обладающий особыми свойствами материал — клинкер.

После выхода из печи клинкер  охлаждается и подается на клинкерный склад, а затем - на помол. Завершающий  этап получения цемента — это  измельчение и смешивание клинкера с добавками (гипс, песок и др.) в цементных мельницах. Полученный цемент после мельниц подается пневмокамерными или пневмовинтовыми насосами в силосы запаса.

Существует так же сухой  способ производства цемента. При сухом  способе производства цемента сырьевая смесь готовится в виде сырьевой муки. Компоновка оборудования на новых  технологических линиях осуществляется с последовательным размещением (и  работой) отдельных агрегатов: сырьевая мельница — силос сырьевой муки — вращающаяся печь и т. д.

Все основные процессы цементного производства являются непрерывными, все вспомогательные процессы имеют  также высокий уровень механизации; это создает благоприятную обстановку для автоматизации всех процессов.

 

2. ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА

Шаровые мельницы - наиболее распространенный агрегат, используемый при помоле клинкера, измельчении цементного, горнорудного сырья и производстве железорудных концентратов.

Шаровые мельницы - цилиндры, заполненные на 30-45% (в зависимости от отрасли применения) мелющими телами.

Длина мельницы зависит от ее производительности, но отношение  длины к диаметру у сырьевой мельницы меньше, чем аналогичное отношение  у цементной мельницы.

Значение отношения длины  к диаметру (L/D) зависит от твердости  размалываемого материала. Так как, клинкер значительно тверже известняка и размалывается значительно тоньше последнего, то размалываемый материал в цементной мельнице должен удерживаться дольше для достижения необходимой тонины помола.

Важный аспект функционирования мельниц - скорость вращения, при которой достигается эффект опрокидывания мелющих тел. Существует определенная «критическая» скорость вращения мельницы, выше которой центробежная сила вызывает прилипание мелющих тел к стенкам мельницы.

Мельница обычно вращается  со скоростью, составляющей 70-75% критической скорости. Такая скорость вращения обеспечивает наиболее эффективное опрокидывания мелющих тел.

Следующий аспект эксплуатации мельницы относится к коэффициенту заполнения мельницы, который в случае цементной мельницы варьируется в диапазоне 27-33%. Исходя из коэффициента заполнения рассчитывается объем, который мелющие тела занимают в мельнице. Объем мельницы, занимаемый мелющими телами, рассчитывается по следующей формуле:

V_мт = (0,3* π * D² *L)/4,

где: L — длина мельницы.

Зная насыпной вес мелющих  шаров, δ (4,6 т/м³), можно рассчитать вес шаровой загрузки по следующей формуле:

Вес_мт = (0,3* π *D² *L *δ)/4

Цементная мельница разделена  на две камеры  стальной межкамерной перегородкой с щелями, позволяющими домолотому до определенной тонины материалу попадать из первой во вторую камеру.

В первой камере функцией мелющих  тел является дробление клинкера. В этой камере используются шары диаметром 60-90 мм. Если, в редких случаях размер клинкера более 15 мм, тогда в первую камеру загружаются 40% по весу шары диаметром 90 мм. Если размер клинкера значительно меньше 15 мм, тогда пропорция 90 мм шаров по весу может быть сокращена до 15%. При средних размерах клинкера в первую камеру загружается около 25% по весу 90 мм мелющих шаров. Оставшееся пространство шаровой загрузки первой камеры должно быть распределено между равным количеством шаров диаметром 60, 70 и 80 мм. При расчете равного количества шаров следует принимать во внимание, что фактический вес шара снижается со снижением его размера. К пример, 60 мм шар весит меньше 70 и 80 мм шаров. Однако, на практике не все цементники четко придерживаются такого распределения шаровой загрузки.

Рисунок 1. Мелющие тела в  шаровой трубной мельнице

 

Для того, чтобы пересчитать фактический вес шаров каждого диаметра, необходимо знать длину первой камеры мельницы, обычно она составляет 27-35% длины мельницы. Длина первой камеры разрабатывается таким образом, чтобы 10 кВт*час/т передавалось на мелющие шары первой камеры.

Для ускорения прохождения  материала через мельницу коэффициент  загрузки первой камеры больше коэффициента загрузки второй камеры. Коэффициенты загрузки первой и второй камер составляют 30-33% и 27-30% соответственно.

Если межкамерная перегородка работает эффективно, то следующие результаты должны быть достигнуты при отборе c нее образцов:

➡ 99% частиц размером 2,4 мм должно пройти во вторую камеру;

➡ 95% частиц размером 1,2 мм должно пройти во вторую камеру;

➡ 80% частиц размером 0,3 мм должно пройти во вторую камеру.

Рисунок 2 . Межкамерная диафрагма

 

Во второй камере функцией мелющих тел является конечное истирание  материала в цемент. Поэтому во второй камере должны быть загружены  более мелкие шары. При этом, размер шара должен уменьшаться по мере движения вдоль второй камеры в сторону выходной решетки: шары более крупного диаметра должны концентрироваться в начале камеры, а более мелкие — в конце. Этот эффект достигается при помощи установки классифицирующих броней во второй камере.

Если работа первой камеры и межкамерной перегородки обеспечивает прохождение во вторую камеру 99% частиц размером 2,4 мм и 95% частиц размером 1,2 мм, тогда нет необходимости в загрузке больших мелющих тел во вторую камеру цементной мельницы. Для помола частиц размером 1 мм требуются мелющие шары с максимальным размером, равным 25 мм, а для помола 0,5 мм частиц — мелющие шары, максимального размера, равного 18 мм.

Рисунок 3. Внутреннее устройство цементной мельницы

 

В первой камере мельницы дробление  осуществляется за счет фонтанного удара мелющих тел. Мелющие тела должны быть подняты на определенную высоту в зависимости от скорости вращения мельницы, откуда затем они падают на слой материала и разламывают его на грубые куски. Обеспечение движения загрузки мелющих тел на 100% имеет предельно важное значение. Любое неподвижное состояние внутри мелющей загрузки должно быть устранено, так как оно не вносит вклад в процесс разрушения, а поглощает определенный процент энергии.

Для обеспечения подъема  мелющих шаров, бронеплиты первой камеры сконструированы определенной конической формы. Высота лифтера определяет траекторию падения шара. Диаметр и скорость вращения должны быть учтены при разработке высоты лифтера. Много бронеплит, доступных на рынке имеют простую коническую форму. Во время работы мельница приводит в движение мелющие тела, изнашивая поверхность бронеплит. В случае, если бронеплита имеет обычную коническую форму, то ее гребень будет в основном подвержен износу и его высота сократится довольно быстро. В результате, высота подъема мелющих шаров сократится и приведет к сокращению эффективности помола. Когда высота гребня лифтера сократится на 40%, бронеплита должна быть заменена и значительная часть отлитого материала будет потеряно. В случае же применения бронеплит с прогрессивным подъемным активатором, обеспечивающим рисунок износа, схожий с первоначальным профилем бронеплиты за счет того, что движение шаров по плите четко следует ее профилю, подъемная высота шаров остается стабильной более длительный период времени, сохраняя утилизацию энергии на высоком уровне.

В большинстве случаев  во второй камере цементной мельницы устанавливаются классифицирующие бронеплиты. Отличная классификация шаровой загрузки очень важна. Шары, которые крупнее, должны измельчать посредством трения, незначительно ударяя грубые куски, приходящие из первой камеры, в то время, как шары меньшего диаметра, расположенные в конце камеры осуществляют тонкий помол. При неэффективной или ровно противоположной классификации ухудшается производительность и энергоэффективность мельницы.

Эффективная диафрагма жестко разделяет поток материала и  воздуха во вторую камеру через центральное  отверстие. В некоторых диафрагмах материал, подаваемый во вторую камеру, рассеивается через центральное отверстие c продуваемым мельницу высокоскоростным воздухом. Продуваемый воздух несет мелко размолотые куски материала далеко в заднюю часть второй камеры и значительная часть длины пути процесса измельчения теряется.

Контроль подачи материала  необходим для наиболее эффективного использования энергии в первой камере. Поэтому, следующие два аспекта должны быть учтены: уровень материала и прогресс измельчения. Контроль подачи материала должен быть приспособлен таким образом, чтобы в случае аварийной остановки мельницы, внутри нее наблюдался равномерный слой материала по всей ее длине и только 1/3 сфер мелющих тел должна быть видна. Поток должен быть приспособлен таким образом, чтобы определенная тонкость помола продукта достигалась перед его подачей во вторую камеру.

 

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

При разработке проекта автоматизации  в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки  объекта будут управляться, где  будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т. е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.

Структурные схемы автоматизации  в проектах автоматизации рекомендуется разрабатывать в соответствии с ГОСТ 24.302-80. Система технической документации на АСУ. Общие требования к выполнению схем (п. 2.1, 2.2, 2.6).