Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

Министерство науки и образования Российской Федерации

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра Автоматизация производственных процессов и электротехника

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Технические средства автоматизации”

Тема работы:

Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

Руководитель

к.т.н.

Руппель А. А.

2007 г.

Содержание

Введение

1. Анализ литературных источников

1.2 Основные схемы помола, используемые в производстве цемента

2. Технологический раздел

2.1 Описание технологического процесса, реализуемого на конкретном виде технологического оборудования

2.2 Обоснование необходимости автоматизированного контроля технологического процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

2.3 Требования к автоматизированной системе регулирования температурного режима сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

Заключение

Список литературы

Введение

Техническое перевооружение предприятий стройиндустрии, ускоренное внедрение новых интенсифицированных технологических процессов невозможно без использования высокотехнологического оборудования комплексной автоматизации. Разработка и внедрение на предприятия стройиндустрии автоматических систем управления (АСУ) позволяет решать задачи оперативного управления на трех основных уровнях:

1)                 локальные средства автоматики;

2)                 автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП);

3)                 отраслевые автоматизированные системы управления (ОАСУ).

Характерной особенностью современного этапа автоматизации является то, что она опирается на революцию в ЭВТ, а также быстрое развитие робототехники.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать задачи:

1.                  Вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменение в окружающей среде и ошибки операторов;

2.                  Управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ и т.д.

3.                  Автоматически управлять процессом в условиях вредных и опасных для здоровья человека.

Решение поставленной задачи возможно, если имеются следующие предпосылки:

1) наблюдаемость основных технологических параметров производственного процесса (возможность прямых или косвенных измерений всех параметров, характеризующих состояние процесса).

2) потенциальная управляемость производственного процесса (возможность компенсировать возмущение быстрее, чем успевает измениться это возмущение).

3) прогрессивность производственного процесса и используемого технологического оборудования (возможность модернизации).

4) наличие необходимой степени изученности производственного процесса как объекта управления.

5) возможность получения технико-экономического, социального или иного эффекта.

6) реальность практического использования потенциально достижимого эффекта.

7) наличие необходимого технического обеспечения разрабатываемого АСУТП.

8) наличие необходимых организационных предпосылок для создания АСУТП.

Внедрение систем автоматизации направлено на повышение эффективности производственных процессов. Основными источниками внедрения СА является:

1)                 повышение культуры производства, качества продукции и эффективности использования технологического оборудования;

2)                 повышение производительности труда при выполнении технологических операций, резкое сокращение ошибок и брака, стабилизация технологического процесса, сокращение числа работающих;

3)                 увеличение выпуска и повышение надежности продукции, оптимизация номенклатурного распределения производственной продукции;

4)                 сокращение потерь рабочего времени на участках и технологических линиях, увеличение оперативности управления производственным процессом со стороны персонала и увеличение качества управления.

1. Анализ литературных источников

При создании АСУТП сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице (или любого другого технологического процесса) целесообразно в первую очередь изучить передовой опыт отечественной и зарубежной промышленности в этой области. Был проведён анализ литературных источников, таких как «Основы автоматизации производства и контрольно – измерительные приборы на предприятиях строительных материалов», «Автоматическое регулирование процессов дробления и помола в промышленности строительных материалов», «Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов», «Автоматизация цементного производства», «Цемент. Электрооборудование, автоматизация, хранение, транспортирование», а также изучены периодические издания за последние годы «Современные технологии автоматизации», «Строительные материалы, оборудование, технологии». Проанализировав материал и сложив вместе самые удачные решения, можно привести описание полученного в итоге процесса и предъявляемые к нему требования.

Сухой помол сырья осуществляется в многокамерных трубных шаровых мельницах. Размалываемый материал непрерывным потоком поступает на вход мельницы. При помоле многокомпонентной шихты подача материала в мельницу осуществлялась одновременно несколькими дозаторами или питателями из разных бункеров. Помимо сухих компонентов, в мельницу подается вода по трубопроводу. Жидким компонентом сырья является глиняный шлам, предварительно приготавливаемый в болтушках. Глиняный шлам обычно подается в мельницу с помощью ковшевого питателя с регулируемой скоростью вращения ковшей. Сырье перемещается вдоль мельницы благодаря подпору со стороны поступления, работе мелющих тел и потоку воды. При этом по длине мельницы устанавливаются определенные условные уровни заполнения ее материалом.

Одним из основных требований, предъявляемых к процессу помола, является стабилизация тонкости помола шлама.

В связи с тем, что приготавливаемый в мельнице шлам поступает на обжиг во вращающиеся печи, он должен иметь минимальную влажность. Избыточное содержание воды в шламе требует дополнительных затрат топлива на ее испарение в печи.

Содержание влаги должно быть таким, чтобы обеспечить прохождение шлама в мельнице и в печи, а также перекачивание насосами. Транспортабельность шлама тесно связана с его вязкостью. В том случае, когда сырьевой шлам приготовляется из нескольких компонентов, на управление процессом помола накладывается условие поддержания определенного состава шлама.

Таким образом, системы автоматического управления процессом сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице должны обеспечивать стабилизацию технологических параметров – тонкости помола, влажности и максимальной производительности.

На производстве были внедрены разнообразные АСУТП. Одно из отличий заключается в использовании функциональных различных возможностей, связанных с применением тех или иных технических средств. Системы управления на базе локальных регулирующих комплексов с минимальными информационными функциями целесообразны при реконструкции отдельных цехов малой мощности. При строительстве новых технологических линий или реконструкции мощных заводов предусматриваются мини - или микро-ЭВМ, реализующие максимальный объем информационных и управляющих функций.

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 (СКР) на основе аналоговой техники;

            АСУП и интегрированных систем управления (ИАСУ) на базе средств вычислительной техники.

В середине 80-х годов возникло новое направление работ — совместная взаимообусловленная разработка технологии и систем управления — создание автоматизированных технологических комплексов (АТК) для строящихся предприятий (технологических линий) сухого способа производства. Это было обусловлено спецификой современной технологии цемента, в которой определенный уровень автоматизации является необходимым условием нормального функционирования производства. С этим направлением работ связано развитие методов системного проектирования АТК. В 1992 г. была введена в действие технологическая линия Мариупольского цементного комбината, а в 1995 г. — Белгородского цементного завода.

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.

В современных трубных шаровых мельницах используют новейшие технологии для упрощения производства цементного клинкера.

1.2 Основные схемы помола, используемые в производстве цемента

Измельчение цементного клинкера на современных цементных заводах производится преимущественно с использованием шаровых мельниц.

В основном используются следующие технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле с последующей классификацией получаемого материала.

Технологическая схема по открытому циклу объективно считается устаревшей, хотя на отечественных цементных заводах еще используется достаточно широко.

Трубные шаровые мельницы с открытым циклом измельчения в производстве цемента применяют как для помола сырьевых материалов, так и для окончательного помола цементного клинкера.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу, в 4-5 раз превышает их диаметр. На цементных заводах применяют трубные мельницы размерами 4 х 13.5, 3.2 х 15, 2.6 х 13 метров и др. Их производительность при помоле цементного клинкера до остатка 8-10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Такие мельницы приводятся во вращение двигателями соответственно 3200, 2000, 1000 кВт.

Работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего.

Помол цементного клинкера до удельной поверхности 3000 см2/г является естественным пределом для трубных мельниц открытого цикла. Получение более высокодисперсного материала на данном оборудовании не имеет смысла по причине увеличения расхода энергии, необходимой для измельчения материала, повышения температуры измельчаемого материала (в некоторых случаях до 200°С, обычно до 120-150°С), большого количества переизмельченного материала, ускоренного износа мелющих тел (шаров), броневых плит. Более того, именно для шаровых мельниц открытого цикла характерен наибольший процент цементных зерен округленной формы, активность которых невелика.

По этим причинам трубные мельницы открытого цикла, являясь, безусловно, устаревшим оборудованием на цементных заводах, имеющих возможность обновления технологического оборудования, заменяются шаровыми мельницами, работающими по замкнутому циклу.

Для получения цемента с удельной поверхностью более 3000 см2/г и выше использование шаровых мельниц замкнутого цикла вполне оправдано, более того, именно данный метод производства высокомарочного портландцемента применяется на большинстве современных цементных заводов, в том числе и зарубежных.

Схема работы измельчительного оборудования, задействованного в замкнутом цикле производства цемента следующая.

Измельченный в шаровой мельнице материал поступает в сепаратор, где из него извлекается фракция тех размеров, какие требуются для готового продукта (например, частицы цемента размерами 0-40 мкм). Более крупные частицы направляются снова в шаровую мельницу для дополнительного измельчения. Таким образом, из основной массы измельчаемого материала непрерывно извлекаются частицы требуемого размера, что в значительной степени снижает опасность переизмельчения частиц, которые особенно склонны к агрегации и налипанию к мелющим телам и стенкам мельницы. Соответственно, именно использование шаровых мельниц и сепараторов, работающих в замкнутом цикле, создает возможность получения высокоактивного портландцемента в промышленных масштабах.

В целом для метода помола цемента в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле, характерна большая маневренность в работе, что позволяет выпускать портландцемент с различной тонкостью помола и, соответственно, активностью, что совершенно не достижимо для шаровых мельниц, работающих в открытом цикле. Основными недостатками помола цементного клинкера по замкнутому циклу является большая сложность и стоимость технологического оборудования, высокий расход электроэнергии, а также возможность накопления трудно дробимых включений, не прошедших классификацию и отправленных на повторный помол. Трудно дробимые включения накапливаются в шаровой мельнице, что существенно снижает практическую производительность помольного оборудования и требует регулярного освобождения рабочей камеры шаровой мельницы от накопившихся включений.