Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха №38 АВИСМА филиал ОАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА»

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Пермский государственный  технический университет»

Березниковский филиал

Кафедра Автоматизация  технологических процессов

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по курсу «АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»по теме «Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха №38 АВИСМА филиал ОАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА»»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы АТП – 02(в)

Андриянов Р.Ю.

Проверил: ст. преподаватель

Краев С.Л.

 

 

 

Березники, 2007

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Описание технологического процесса  гашения извести………….…..……..4

1.1 получение известкового молока……………………………………… ……..4

1.2 Описание технологической схемы…………………………………….….....5

2. Общая характеристика выбранного  объекта регулирования………….…….7

3. Анализ объекта регулирования  с точки зрения

 действующих возмущений ……………………………………………………..9

4. Обоснование и выбор точек  и параметров контроля 

технологического процесса…………………………………………..................10

4.1. Обоснование точек контроля температуры……………………………….10

4.2. Обоснование точек контроля  расхода……………………………………..11

4.3. Обоснование точек  контроля давления……………………………………12

4.4. Обоснование точек  контроля уровня………………………………………12

4.5. Обоснование точек  контроля наличия пламени…………………………..13

5. Обоснование и выбор  контуров регулирования, типа  регуляторов……….13

6. Обоснование параметров  подлежащих сигнализации и блокировке……...14

7. Проведение активного  эксперимента. Получение динамических характеристик……………………………………………………………………15

8. Обоснование и выбор  системы автоматизации 

технологического процесса……………………………………………………..24

9. Расчет одноконтурной  системы регулирования………………………….....25

10. Расчет каскадной системы  регулирования ………………………………..26

11. Моделирование и получение  динамических характеристик САР……….29

12. Сравнение динамических характеристик  САР…………………………....29

13. Реализация рассчитанной системы  автоматизации. Выбор 

 технических средств автоматизации.  Выбор и разработка

 программных средств………………………………………………………......31

Заключение…………………………………………………………………........40

Введение

В данном курсовом проекте выбран «участок гашения извести » цеха № 38 (пылегазоулавливания) «АВИСМА» филиал ОАО «Корпорация ВСМПО – АВИСМА».

Участок гашения извести  входит в состав отделения по производству известкового молока и предназначен для получения поглотительных сорбентов, используемых для очистки от вредных  веществ отходящих газов и  промышленных стоков.

Первоначальный проект участка гашения извести был разработан институтом «Гипроалюминий» (г. Ленинград) в 1957 году. В 1982 году институтом титана была разработана рабочая документация отделения приготовления известкового молока с установкой трех ниток гашения. В 2000 году ОПКР ОАО «АВИСМА» был разработан проект реконструкции участка с целью повышения его производительности

Участок гашения извести  был введен в работу в 1965 году. В 1990 году была произведена реконструкция  участка целью, которой являлось установка трех ниток гашения, следующая реконструкция участка гашения извести была произведена  в 2001 году для увеличения его производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического  процесса гашения извести

1.1 Получение известкового молока

Получение известкового молока заключается в процессе гашения извести при перемешивании с горячей водой. Гашение извести  водой протекает по реакции:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 15,93*4,19 кДж.

Гидратация оксида кальция  является обратимой реакцией, направление  которой зависит от температуры  и давления водяных паров в окружающей среде. Упругость паров при диссоциации Са(ОН)₂ на СаО и Н₂О достигает атмосферного давления при температуре 547 ⁰С, следует учесть, что гидроксид кальция начинает разлагаться и при более низкой температуре. Для того чтобы процесс шел в нужном направлении, то есть чтобы не происходило диссоциации гидроксида кальция, нужно повышать температуру реакции для увеличения упругости водяных паров над Са(ОН)₂, но и не допускать слишком высокой температуры реагентов. Однако слишком сильное охлаждение реакционной зоны может замедлить процесс получения Са(ОН)_2. Оптимальный диапазон температур находится в интервале от 50 до 80 ⁰С.

Большое значение при  гашении извести имеет температура  подаваемой на гашение воды, так  как растворимость Са(ОН)₂ в воде с повышением температуры снижается. Получение Са(ОН)₂ является экзотермической реакцией, избыточная вода при гашении извести нагревается в результате реакции. Следствием этого является выпадение Са(ОН)₂ в осадок, выпавший в осадок Са(ОН)₂ обволакивает не прореагировавшие частицы СаО, тем самым препятствуя соприкосновению воды с оксидом кальция.

При снижении скорости гашения, а в дальнейшем и прекращении  самого процесса температура реакционной зоны снижается. Снижение температуры воды увеличивает растворимость Са(ОН)₂, пленка на негашеной извести растворяется и реакция возобновляется.

Наличие явления «самоторможения» в процессе гашения указывает  на необходимость проведения данного процесса при постоянной температуре реакционной смеси.

Примеси, присутствующие в исходном сырье, при обжиге взаимодействуют с СаО, образуя силикаты, алюминаты, ферриты. При гашении данные примеси снижают способность извести к гидратации, они  вступают в реакцию с водой, образуя гидросиликаты, гидроалюминаты кальция. Процесс сопровождается набуханием  и образованием желеобразной массы состоящей из данных соединений. 

При длительном хранении на открытом воздухе негашеной извести  наблюдается явление пассивации, то есть происходит гашение влагой воздуха на поверхности СаО  и образование Са(ОН)₂, которая в свою очередь взаимодействует с атмосферным воздухом  образуя карбонат кальция. Пленка карбоната изолирует СаО от воздействия влаги, препятствуя самопроизвольному гашению. Активность извести зависит от размеров кристаллов СаО и степени повреждения кристаллической решетки.

1.2 Описание технологической схемы

Известь на участок гашения направляется с помощью ленточных транспортеров и сбрасывается подвижными плужками, в какой либо из рабочих бункеров (поз. Б1, Б2, Б3) в зависимости от наличия в них свободного места.

Из рабочих бункеров (поз. Б1, Б2, Б3) известь лотковыми питателями транспортируется в загрузочную часть аппарата гашения извести (поз. АИ)

. Аппарат гашения извести  (далее АИ – аппарат известегасительный) представляет собой цилиндрический  барабан, вращающийся на роликах  с частотой вращения от 3 до 4 оборотов  в минуту. В загрузочную часть АИ, также поступает горячая вода с температурой (60 10)°С.

Внутренняя поверхность  барабана по всей длине имеет направляющие пластины, установленные винтообразным  образом под углом около 12°  к цилиндрообразующей барабана, благодаря чему известь, поступающая в загрузочную часть, перемещается вдоль оси барабана к выгрузной части.

Для удаления не прогасившихся кусков извести (далее недопала), выгрузочная часть снабжена специальным устройством в виде спирали. При помощи спирали недопал удаляется из АИ на транспортер, сортируется по фракциям на решетке классификатора, а затем крупная фракция с размерами частиц от 60 мм и более транспортируется в бункер - накопитель крупного недопала. По мере заполнения бункера крупного недопала, крупный недопал разгружается на транспортерную ленту и направляется в расходные бункера печей. Куски недопала, размером в поперечники менее 60 мм проваливаются через решетку классификатора в бункер – накопитель мелкого недопала и вывозятся автотранспортом на полигон твердых отходов или используются для хозяйственных нужд комбината.

Известковое молоко через  решетку в выгрузной части  АИ поступает в спиральный классификатор (поз. КС1, КС2), корпус классификатора представляет собой сварное полуцилиндрической формы наклонное корыто, оборудованное спиралью (далее шнеком).

С помощью шнека происходит отделение  фракции песков (пески – мелкая, твердая фракция, в составе которой  мелкая фракция недопала и нерастворимые  карбонаты). Спираль является транспортирующим механизмом и служит для перемещения крупного класса песков из зоны осаждения к разгрузочному лючку классификатора. По мере продвижения от зеркала осаждения до разгрузочного лючка происходит обезвоживание песков. Известковое молоко от классификаторов поступает в промежуточные баки (поз. БП1, БП2) номинальной вместимостью 16м³. Из промежуточных баков известковое молоко песковыми насосами с осевым входом (поз. НП1, НП2, НП3, НП4) перекачивается через 2 пары гидроциклонов (поз. ГЦ1, ГЦ2, ГЦ3, ГЦ4) в расходные баки – сборники (поз. ЦР1, ЦР2, ЦР3, ЦР4) номинальной вместимостью 380м³. В гидроциклонах происходит более тонкая очистка, пески с некоторым количеством известкового молока из нижней части гидроциклонов удаляются в классификаторы (поз. КС1, КС2), где отделяются от известкового молока, затем вывозятся автотранспортом для использования в строительстве и для хозяйственных нужд комбината, а очищенное молоко в промежуточный бак (поз. БП1, БП2) и затем в цилиндрические резервуары (поз. ЦР1, ЦР2, ЦР3, ЦР4). В процессе получения известкового молока используется оборотная вода, которая поступает из трубопровода комбината.

Подогрев воды для гашения извести  осуществляется в аппарате погружного горения (поз. АПГ). При необходимости подогрев воды можно вести в подогревателях пароводяных (поз. ПП1, ПП2).

Известковое молоко из цилиндрических резервуарах песковыми насосами с осевым входом (поз. НП5, НП6) непрерывно транспортируется в кольцевые трубопроводы, образующих большое и малое кольцо и трубопровод для снабжения газоочистки №5 и очистных сооружениях. Из большого кольца через индивидуальные отводы осуществляется подача известкового молока в баки циркуляции газоочистных сооружений №1,3,4, а через малое кольцо № 1,2.

2. Общая характеристика выбранного объекта регулирования

Аппарат погружного горения представляет собой, в соответствии с проектом, горизонтально расположенный цилиндр диаметром 1912мм и длиной 5300мм с торцевыми днищами в виде усеченных конусов. Корпус аппарата погружного горения разделен на три части двумя перегородками высотой 1210мм. По краям корпуса расположены нагревательные отсеки, куда вставляются погружные горелки. В каждом отсеке врезан патрубок для подачи холодной воды. В средней части корпуса находится отсек для сбора горячей воды, через нижнюю часть этого отсека производится отбор воды, в верхней части находится расширитель для сепарации капель, со стороны расширителя врезан люк Ду – 800 для установки предохранительной взрывной мембраны. Из верхней части расширителя, через переходник осуществляется отвод парогазовой смеси.

Высокотемпературные продукты сгорания топлива выводятся из нижнего  выпускного отверстия  жаровой трубы  горелки под уровень воды, барботируют  через нее, образуя развитую поверхность  теплообмена в виде пузырьков, и  передают тепло воде. Для улучшения дымовых газов по объему на корпусе жаровой трубы предусмотрена барботажная решетка. Дымовые газы, охлажденные до определенной температуры, уходят по дымовому тракту через аспирационную установку (АТУ-1) в атмосферу.

Горячая вода из отсека сбора насосом частично подается на аппараты гашения извести, а частично, с объемным расходом около 18 м³/ч на охлаждение жаровой трубы погружного устройства.

Краткая характеристика аппарата погружного горения и погружной  горелки сведена в таблице  № 1.

 

 

 

 

Характеристика аппарата погружного горения

Таблица № 1

Наименование оборудования	Краткая характеристика оборудования
Аппарат погружного горения	Мощность по теплу, Гкал/ч          3,9 Производительность, м3/ч             40 Глубина погружения горелки, мм      500 Объем аппарата, м3                     16,5 Рабочий объем воды, м3               9,6 Топливо – природный газ  Температура нагрева  воды, 0С   60-80.
Погружная горелка	Тип                                        ГНП – 9. Номинальная тепловая мощность, кВт                                             2 970 Номинальный  объемный расход газа, м3/сек                                             0,07 Номинальное давление газа, мм.вод.ст.                                     500 Номинальная длинна факела, мм        2 270 Коэффициент  регулирования        10 Глубина погружения жаровой  трубы под уровень воды, мм                  500

 

 

 

 

3. Анализ объекта регулирования с точки зрения действующих возмущений

Для расчета выбран контур автоматического регулирования  температуры воды на выходе из АПГ, в диапазоне 60±10 ˚С, так как температура подаваемой на гашение воды имеет большое значение при гашении извести, так как растворимость Са(ОН)₂ в воде с повышением температуры снижается. Нагрев воды зависит от следующих показателей:

1. количество подаваемого топлива в аппарат погружного горения, т.е. расход природного газа, от которого напрямую зависит температура;
2. начальная температура холодной воды поступающей в аппарат погружного горения;
3. расход сжатого воздуха;
4. соотношение «газ - воздух» (1:10) необходимое для реакции горения метана;
5. разряжение в АПГ, так как влияет на температуру парогазовой смеси над поверхностью воды (отбор воды осуществляется при переливе ее через перегородки из нагревательных отсеков в отсек отбора воды, т.е. с поверхности столба жидкости в нагревательного отсека);
6. расход холодной воды.