Teplomarcet.ru

Про Тепло дома
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема вращающиеся печи для производства цемента

Схема вращающиеся печи для производства цемента

Цементная промышленность – одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности, а ее предприятия дают более 5% мирового объема выбросов СО2.

В свете повышенного внимания к проблемам охраны окружающей среды и влияния промышленной деятельности на климат для цементной промышленности важно двигаться вперед к цели усовершенствования своего производства, чтобы сделать его более энергоэкономичным, особенно при существенном подорожании топлива, необходимого для обжига клинкера.

При производстве цемента в мире нашли распространение четыре основные технологические схемы:

– мокрый способ производства цемента;
– сухой способ производства цемента;
– полусухой способ производства цемента;
– комбинированный способ производства цемента.

Существенное отличие этих способов заключается в различии подготовки сырьевых компонентов и их обжига. В России преимущественно используется мокрый способ производства цемента. Это обусловлено в первую очередь тем, что многие заводы работают на сырье, с влажностью более 20%.

Наибольшее распространение получили две схемы подготовки сырьевых компонентов при производстве цемента по мокрому способу. По первой схеме цемент производится с применением мела в качестве карбонатного сырья. Учитывая, что мел – это легко разрушаемая порода, подготовка сырьевой шихты осуществляется в Гидрофолах и коротких шаровых мельницах домола. При этом на подготовку шлама расходуется порядка 4,5…7,0 кВт•ч/т. Однако в связи с повышенной пористостью мела влажность шлама составляет 40…46%. Используемое оборудование очень просто в обслуживании, эксплуатации и ремонте. Затраты на производство единицы продукции минимальны.

По второй схеме производства цемента в качестве карбонатного сырья используются мергели и известняки, и подготовка сырьевой шихты существенно усложняется. Дробление карбонатной породы как минимум осуществляется в две стадии: первичное дробление производится в щековых или конусных дробилках, а вторичное – в дробилках ударного действия до размера частиц 20…25 мм. Окончательное измельчение осуществляется в шаровых мельницах. На подготовку шлама расходуется около 25…30 кВт•ч/т, а в некоторых случаях и более. В связи с большей плотностью названных выше сырьевых компонентов влажность составляет 33…36%. Используемое оборудование сложнее в обслуживании, эксплуатации и ремонте. На участках дробления необходимо устанавливать оборудование для пылеподавления. Затраты на единицу продукции по этой схеме подготовки сырья выше Главным звеном в технологической линии производства цемента является печной агрегат, от надежности и эксплуатации которого зависят технико-экономические показатели всего завода.

В состав печного агрегата входят: вращающаяся печь мокрого способа производства, внутрипечной теплообменник, охладитель клинкера, дозаторы и устройства подачи сырьевых материалов, топливосжигающие устройства, тягодутьевое оборудование, аппараты для очистки и выброса в атмосферу газов и воздуха, выходящих из печи и охладителя клинкера, а также различное вспомогательное оборудование. В России распространены печные агрегаты с планетарными (рекуператорными) и колосниковыми охладителями клинкера.

Планетарными охладителями оснащены вращающиеся печи старых конструкций, размер которых не превышает 4 х 150 м. Такие печи отличаются простотой конструкции (отсутствие приводного механизма и вентилятора у охладителя), что обуславливает пониженные эксплуатационные затраты и уменьшение расхода электроэнергии на обжиг. Однако ввиду коротких барабанов охладителей температура клинкера на выходе из них составляет 300…350°С, а на некоторых предприятиях доходит до 500°С. Учитывая большие потери тепла через корпус охладителя, удельный расход топлива составляет 220…250 кг усл. топлива на тонну клинкера (1 кг усл. топлива = 7000 ккал = 29,3 МДж).

Наиболее современные печные агрегаты оборудованы охладителями переталкивающего типа. За счет большего количества возвращаемого в печь тепла, расход топлива в них составляет 195…210 кг усл. на тонну клинкера. Эксплуатационные расходы на колосниковый охладитель существенно выше, чем на планетарный. В сравнении с вышерассмотренными печными агрегатами, удельный расход электроэнергии возрастает на 10…12 кВт•ч/т клинкера.

Кроме большого расхода топлива, при данном способе производства цемента, наблюдается высокий выход СО2, составляющий 840…970 кг/т клинкера. Концентрация NOx в отходящих газах 100…300 мг/нм3. Активность клинкера почти всегда более 50 МПа. Простота схемы подготовки сырьевой смеси и минимальное пыление не требуют большого количества пылеочистного оборудования при переработке сырьевых компонентов. Максимальная производительность таких линий не превышает 3000 т/сут клинкера.

На рис. 1 показан печной агрегат размером 5 х 185 м с колосниковым охладителем клинкера. При производстве цемента по сухому способу поступающие из карьера глину и известняк после усреднения в процессе дробления подсушивают и измельчают в сырьевой мельнице с одновременной сушкой. На усреднение сырья обычно затрачивается 5…7 кВт•ч/т клинкера. Измельченная смесь, называемая сырьевой мукой, обжигается во вращающихся печах с циклонными теплообменникими. Учитывая, что влажность сырьевой муки не превышает 3%, а мелкодисперсные частицы находятся во взвешенном состоянии не более 30 сек., на обжиг клинкера расходуется топлива на 35…40% меньше. На отечественных предприятиях, работающих по сухому способу, расход топлива на обжиг клинкера составляет 130…140 кг усл. топлива на тонну клинкера.

Читайте так же:
Цемент марки 700 применение

На рис. 2 показан печной агрегат размером 4,5 х 80 м с циклонным теплообменником и декарбонизатором. Установка декарбонизатора снижает стоимость печного агрегата такой же производительности на 10…15%. В декарбонизаторе сжигается до 60…70% всего топлива, что повышает степень декарбонизации сырьевой муки до 85…90%.

Со времени появления первых печей, работающих по сухому способу производства (1951 г.), они претерпели существенные изменения. Многие фирмы-производители цементного оборудования выпускают 2-х и 3-х опорные вращающиеся печи с самоцентрирующимися опорами. Учитывая меньшую массу, 2-х опорные печи имеют фрикционную передачу вращения печи через опорные ролики. Отсутствие дорогостоящей зубчатой передачи значительно удешевляет конструкцию привода печи. При этом установочная привода возрастает на 10…15%. Разработка циклонов с пониженным гидравлическим сопротивлением позволила при той же потребляемой дымососами мощности увеличить число ступеней в теплообменнике с 4-х до 6-и. Существенные изменения претерпели и декарбонизаторы. От конструкций, основанных на закручивающихся потоках, перешли к конструкциям, имеющим форму восходящего потока, в которых время нахождения обжигаемой частицы

Рис. 1. Печной агрегат мокрого способа производства с вращающейся печью 5 х 185 м

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

С целью использования максимального количества воздуха для охлаждения клинкера количество первичного воздуха, служащего для подачи в печь угольной пыли, в установках с конвейерными кальцинаторами сокращается до 15 % от общего расхода воздуха. В связи с этим необходимым становится повышенное давление дутья.  [31]

Наличие сырья, из которого можно получить гранулы, достаточно стойкие в процессе обжига, позволяет использовать для производства цементного клинкера вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами , основанными на принципе теплообмена в плотном слое. На решетку подают сырье в виде гранул размером 5 — 20 мм с влажностью 12 — 15 %, которые получают в тарельчатом грануляторе. Высоту слоя гранул на решетке регулируют в пределах 140 — 180 мм шибером, перекрывающим выходное отверстие загрузочного бункера.  [32]

В отличие от обычной вращающейся печи, в полой части которой происходят процессы, связанные с обжигом, во вращающейся печи с конвейерной решеткой или конвейерным кальцинатором процессы подсушки, подогрева и частично кальцинирования перенесены на медленно движущуюся решетку, защищенную от действия высоких температур газового потока слоем обжигаемого материала.  [34]

Метод составления теплового баланса змеевиковых теплообменников аналогичен приведенному при описании теплового расчета конвейерных кальцинаторов, с соответствующими изменениями, отличающими режим работы змеевиковых теплообменников от работы конвейерных кальцинаторов .  [35]

Одним из эффективных мероприятий по использованию тепла отходящих газов в конструкциях, вынесенных из печи при сухом и комбинированном способах производства, является установка за вращающимися печами конвейерной колосниковой решетки или конвейерного кальцинатора — так называемой печи Леполя. Основной принцип действия конвейерной колосниковой решетки состоит в том, что газы, выходящие из вращающейся печи через газоход, пронизывают материал на бесконечном колосниковом транспортере шириной 3 — 4 м и длиной 12 — 25 м, приводимом в движение со скоростью 25 — 50 м / час.  [37]

Вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами в сравнении с другими вращающимися печами обладают максимальной удельной производительностью и требуют минимального удельного расхода тепла. Удельная производительность конвейерного кальцинатора составляет около 400 кг / м2 час. Благодаря задержке пыли при прохождении газов через колосниковую решетку величина уноса материала из установки невелика и составляет 1 5 — 3 % от расхода сухого сырья. Гранулированный материал при движении через печь сохраняет свою форму, что положительно влияет на теплопередачу. Недостатками этих печей являются повышенная стоимость ремонта ( смена колосников) и сложность конструкции, требующая более квалифицированного обслуживания.  [38]

Отходящие газы с температурой 100 — 110 отсасываются из подколосникового пространства дымососом, присоединенным к герметично схватывающему колосниковую решетку кожуху. Гидравлическое сопротивление таких конвейерных кальцинаторов колеблется в пределах 60 — 100 мм вод. ст. В нижней своей части кожух снабжен воронками, направляющими проваливающийся через решетку материал на цепной транспортер, а последний — в элеватор сырьевой смеси. Количество проваливающегося через решетку материала достигает 5 % от расхода сухого сырья.  [39]

Соответственно меньше количество воздуха, которое может быть использовано для охлаждения клинкера, и выше температура подогрева воздуха. Поэтому для вращающихся печей с конвейерным кальцинатором характерна повышенная температура горения, что ухудшает условия службы футеровки.  [40]

Поэтому требуется меньшее количество воздуха, которое можно использовать для охлаждения клинкера; температура подогрева воздуха в этой печи выше, чем в обычной, что вызывает повышенную температуру горения и ухудшает, условия службы футеровки. Холодильник у вращающейся печи с конвейерным кальцинатором должен быть больше, чем у обычной вращающейся печи, и оборудован внутренними устройствами, улучшающими теплообмен.  [41]

Поэтому требуется меньшее количество воздуха, которое можно использовать для охлаждения клинкера; температура подогрева воздуха в этой печи выше, чем в обычной, что вызывает повышенную температуру горения и ухудшает условия службы футеровки. Холодильник у вращающейся печи с конвейерным кальцинатором должен быть больше, чем у обычной вращающейся печи, и оборудован внутренними устройствами, улучшающими теплообмен.  [42]

Читайте так же:
Цемент как правильно подобрать

Каждая печная установка комплектуется гранулятором сырья, конвейерным кальцинатором, вращающейся печью и холодильником. До поступления материала в печь в конвейерном кальцинаторе осуществляется подсушка, дегидратация и частичная декарбонизация сырьевой смеси за счет использования тепла выходящих из печи газов, которые просасываются ( сверху вниз) через слой материала, расположенный на движущейся решетке кальцинатора.  [43]

Приготовленная таким образом сырьевая смесь поступает на обжиг, который может осуществляться по схеме сухого способа. Чаще при этом способе применяют вращающуюся печь с конвейерным кальцинатором .  [44]

В теплотехнологических процессах силикатных производств можно встретить при термической обработке материалов все описанные выше режимы газового состояния. Режим фильтрации газов применяется, в частности, при подогреве гранулированного сырья в конвейерных кальцинаторах — утилизаторах тепла отходящих газов вращающихся печей, при воздушном охлаждении обожженного в этих печах продукта с помощью клинкерных холодильников с движущейся решеткой и, наконец, при обжиге кусковых или гранулированных материалов в шахтных печах. Режим кипящего слоя начинает применяться в печах и тешюобменных аппаратах при обжиге цементного клинкера, извести, перлита, керамзита при сушке доменного шлака и термообработке других материалов. Разрабатываются новые методы полного обжига вяжущих и других строительных материалов в кипящем слое и во взвешенном состоянии.  [45]

1.3 Комбинированный способ производства цемента

Комбинированный способ, как отмечалось выше, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 – 18 % и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 – 14 % воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 – 15 мм и подают на обжиг.

примером комбинированного способа производства цемента может быть технология применяемая на ц/з «Первомайский» (г. Новороссийск), рис. 4. способ производства ведется с увлажнением и гранулированием сырьевой муки. Основным сырьевым материалом для производства цемента является мергель, добываемый на карьерах завода.

Из карьера сырье автосамосвалами подается в приемный бункер щековой дробилки СНД–59А, производительностью 350 т/час.

Рисунок 4 – Технологическая схема производства цемента на

Для вторичного дробления сырье поступает в молотковую дробилку СМД-98М, производительностью 350 т/час. Измельченное сырье системой ленточных конвейеров подается на склад сырья. Пыль, выделяющаяся при перегрузке материала с ленты 3 на ленту 4, поступает на очистку в циклон ЦН-15.

Далее сырье по транспортеру подается в бункера сырьевых мельниц, а также в склад мергеля, (накопительный запас).

Вся уловленная пыль мергеля от молотковой дробилки и узлов перегрузки сырья, в замкнутом цикле, без промежуточной стадии хранения, возвращается в технологический процесс производства цемента.

Дробленый мергель по транспортеру подается в бункера сырьевых мельниц, а также в склад сырья (накопительный запас). Огарки на склад сырья подвозят с прирельсового склада автотранспортом. Дозировка сырья осуществляется тарельчатыми питателями и весовыми дозаторами. Одновременно с мергелем, для улучшения химического состава сырья, подаются огарки в количестве 1,5 – 3,0 %. Огарки содержат оксид железа. Помол сырьевой смеси, осуществляется в сырьевых мельницах № 3, 4, 5 (тип сепараторные, шаровые), работающих в замкнутом цикле.

Для получения цементного клинкера эксплуатируется две вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами и тарельчатыми грануляторами. Печи работают по комбинированному способу производства. Сырьевая мука из сырьевых силосов пневмокамерными насосами подается в тарельчатые грануляторы, где под действием увлажнения происходит формирование гранул. Обжиг гранул начинается на кальцинаторах (тип – конвейерная решетка), а затем в вращающихся печах № 1, 3 происходит формирование клинкера.

Основной частью вращающейся печи является цилиндрический корпус, изготовленный из листовой стали, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Для футеровки используют магнезиальные и алюмосиликатные огнеупоры. Корпус установлен на опорных роликах, с уклоном к горизонту 3–4 о и вращающийся с помощью привода. Со стороны верхнего холодного конца во внутреннюю полость корпуса (барабана) непрерывно поступает подлежащая обжигу сырьевая смесь, а в нижнем горячем конце печи горит топливо, которое вместе с воздушной смесью подается в печь.

Горячие газы, движущиеся от нижнего конца печи навстречу сырьевой смеси, испаряют содержащуюся в ней влагу и нагревают ее до температуры обжига. В результате химических реакций из известковых и глинистых соединений, содержащихся в мергеле, получается полуфабрикат цемента – клинкер. Обожженный горячий клинкер при дальнейшем перемещении вниз из корпуса печи поступает в колосниковые холодильники, охлажденный клинкер ковшовым транспортером направляется на склад клинкера.

Читайте так же:
Смесь цемента для швов

Отходящие газы печи № 1 проходят очистку в электрофильтрах УГ3-4-53 и ДГПН –3-32.

Охлажденный клинкер по металлической футерованной течке подается на склад клинкера. Опока и гипс доставляются в склад ж/д вагонами со станции Тоннельная и автотранспортом с прирельсового склада. Перед загрузкой в бункера клинкер и опоку шихтуют, опоки добавляется 10 %. Шихта и гипс (1,5 –3,5 %) грейферными кранами подаются в бункера цементных мельниц.

Помол клинкера и добавок осуществляется в цементных мельницах №№ 4–6.

Цементные мельницы представляют собой стальной горизонтальный барабан. С двух сторон барабан перекрыт днищами с полыми цапфами. Частота вращения мельниц 16,5 оборотов в минуту. Барабан разделен перегородкой с отверстиями для прохождения материала на две камеры: предварительного и тонкого помола цемента. Внутри мельница футерована бронеплитами. Мельницы загружены мелющими телами. Первая камера загружена мелющими стальными шарами диаметром 50–100 мм, вторая – стальным цильпебсом. Сырьевой материал измельчается в результате ударов свободно падающих мелющих тел, истирания между телами.

Цементные мельницы оснащены двухступенчатой системой очистки аспирационного воздуха.

Из цементных мельниц цемент с помощью пневматических камерных насосов транспортируется по цементопроводу в силоса цемента № 1–5. Силос № 6 предназначен для сбора пыли, уловленной электрофильтрами вращающейся печи.

Из цементных силосов готовый цемент отгружается потребителю железнодорожным и автомобильным транспортом, в мешках и навалом.

1.4 Перевод цементных линий с мокрого способа на сухой

Новый оригинальный метод, который позволит перевести це­ментные линии мокрого способа на сухой за US$5–10 за тонну мощности за полгода (рис. 5) [5].

Основные фонды цементного завода мокрого способа производства при перево­де на сухой по методу [5] используют­ся практически полностью (на 95 %), поэто­му затраты на приобретение оборудования и на строительно-монтажные работы явля­ются минимальными.

Практически не нужна специальная ос­тановка производства, поскольку она сов­мещается с остановкой оборудования на капитальный ремонт.

Основные строительно-монтажные ра­боты по реконструкции осуществляются во время работы мокрой линии, а ее за­вершающий этап совпадает со временем остановки на капитальный ремонт. Работы не потребуют обязательного привлечения зарубежных поставщиков оборудования, можно обойтись собственными силами.

Кроме значительного снижения инвестиций, предлагаемый метод перевода це­ментного завода с мокрого на сухой способ позволяет снизить удельный расход топлива на 30–40 % и увеличить объем производства ориентировочно на 40 %.

При этом срок окупаемости составит от 1 года до 3-х лет.

1–известняк, 2–запыленный воздух, 3–дымовые газы, 4–огарки, 5–глинистый компонент, 6–глинистая мука, 7–сырьевая мука, 8–очищенныи воздух, 9–известняковая мука, 10–сырьевая мука, 11–запыл. Дым. газы, 12–запыл. дым. газы от печи, 13–пыль от электрофильтров 14–валковая мельница, 15–гомогенизатор, 16, 26, 24–пневмонасосы, 17, 18, 19–циклоны, 20–циклон, 21–рукавный фильтр, 22, 32,25-шнеки, электрофильтр, 23–электрофильтр, 28–дымосос, 27–труба, 29, 30–силоса сырьевого помола; 31–вращающаяся печь.

рисунок 5 – Технологическая схема производства цемента при переводе с «мокрого» на «сухой» способ

В качестве примера рассмотрим принци­пиальные решения по переводу с мокрого способа на сухой технологической линии с печью  0,5185 м при использовании шаро­вой мельницы для помола сырья.

Мощность сырьевого отделения увеличи­вается за счет установки валковой мельница МВС–125 для одновременной сушки и из­мельчения глинистого компонента.

Существующие шаровые мельницы мок­рого помола сырья переводятся на сухой помол.

Сушка известняка предварительно производится непосредственно в бункере с помощью специально разработанной систе­мы слоевой сушки, а затем в реконструиру­емой мельнице с установкой при необходи­мости интенсификации измельчения про­ходных сепараторов и других устройств.

Глинистый компонент, огарки и молотый известняк транспортируются в соответству­ющие силосы в качестве которых использу­ются модернизированные шламбассейны.

После химического анализа и расчетов компоненты с помощью весовых дозаторов подаются в смеситель оригинальной конс­трукции и оттуда в тепловой агрегат или на хранение в силос готовой муки, в качестве которого после определенной реконструк­ции может использоваться горизонтальный шламбассейн. Схема смешения была успеш­но апробирована в условиях опытного про­изводства института «Средазниицемент».

Для перевода технологического процесса обжига клинкера с мокрого на сухой способ производства вращающаяся печь реконс­труируется с применением оригинальных технических решений и ноу-хау, позволяя смоделировать работу печи и декарбонизатора в одном агрегате.

Концентрация пыли в газовом пото­ке должна быть идентична концентрации частиц, например, в шахте шахтного теп­лообменника Пшеровских заводов – до 400 г/м 3 .

Для моделирования работы такого теп­лообменника над холодным концом враща­ющейся печи в районе шлампитателя уста­навливается двухступенчатый циклонный теплообменник, функции которого, кроме дополнительного теплообмена, заключа­ются, в основном, в обеспыливании печных газов с возвратом уловленного материала во вращающуюся печь.

Для снижения объема затрат, связанных с переводом с мокрого на сухой способ про­изводства, необходимо сохранить тот объем печных газов, который был при мокром спосо­бе производства. Это позволило бы оставить без изменений электрофильтр, печной дымо­сос, систему газоходов. Расчеты показали, что при переходе с мокрого на сухой способ удельный объем газов на 1 кг клинкера за счет снижения влажности материала и удельного расхода топлива также уменьшается. Таким образом, при переводе на «сухой» способ без увеличения объема печных газов произво­дительность тепловых агрегатов может быть увеличена на 30–40 %, хотя теплообмен по­зволяет повысить ее в 2,4–3 раза.

Читайте так же:
Рассчитать цемент для опалубки

Последним этапом термообработки клин­кера является его охлаждение, поэтому при переводе с мокрого на сухой способ произ­водства необходимо повысить на 30–40 % производительность холодильника. Методы интенсификации охлаждения широко извес­тны и применяются в зависимости от кон­кретных условий, но наиболее универсальное решение заключается в монтаже между кон­цом печи и колосниковой решеткой шахты оригинальной конструкции с использовани­ем специальных балочных устройств. Такой холодильник не требует значительных ин­вестиций, монтируется при остановке теп­лового агрегата на капитальный ремонт и в значительной степени улучшает условия эксплуатации колосникового холодильника. Следует отметить, что шахтный холодильник со специальными балками может быть также использован при наличии на печах рекуператорных, кольцевых и других холодильников.

Перевод завода с мокрого способа про­изводства на сухой предполагает увели­чение объема выпуска продукции на 40 %, что требует соответствующего повышения мощности помольного отделения.

Последнее может осуществляться за счет более тонкого дробления клинкера и уменьшения диаметра шаров в 1-й камере установки наклонной перегородки и эффек­тивных знергоэлементов, разработки сис­темы сепарации и установки сепараторов, а также других мер по интенсификации помола Возможно приобретение и уста­новка дополнительной или более мощной мельницы.

Ниже приводится предварительный рас­чет экономической эффективности при переводе технологической цементной линии мощностью 75 т/ч с мокрого на сухой спо­соб. Дополнительные капитальные затраты составляют US$8,46 млн.

Схема вращающиеся печи для производства цемента

Самой значительной статьей в себестоимости цемента являются затраты на топливо при обжиге клинкера. Эти затраты резко возрастают в условиях нестабильного режима работы вращающихся печей. Кроме того, нестабильность режима ведет к снижению активности клинкера и выпуску бракованной продукции. Таким образом, для интенсификации процесса обжига, снижения себестоимости и повышения качества цемента необходимо обеспечить наиболее стабильную работу печи в заданном режиме, определенном для данных технологических условий обжига с учетом опыта эксплуатации печей и результатов промышленных испытаний.

Вращающиеся печи мокрого способа производства являются сложными объектами с большим количеством взаимосвязанных параметров, характеризующих сложные тепломассообменные, физико-химические и химические процессы обжига цементного клинкера [1]. Кроме этого, сложность в управлении таким агрегатом состоит в том, что все эти процессы протекают в одном аппарате и нет возможности обособлено влиять на протекание отдельного процесса. Так, добавление топлива на горение приводит к увеличению тепла поступающего во все зоны печи, и может быть причиной возникновения «слоения» материала вследствие зависимости скорости его движения от температуры [2].

Все эти условия делают детерминированные модели для такого объекта не эффективными [4, 6], поэтому алгоритм управления был разработан на основе теории нечетких множеств [3, 7, 10]. Кроме этого, данная теория позволяет включать в состав контролируемых параметров параметры, значения которых не могут быть определены численно или с точностью, достаточной для детерминированных расчетов.

Алгоритм работы (рис. 1) системы (рис. 2) построен на следующих положениях.

1. Степень и характер возмущения определяются по тепловому состоянию печи, то есть необходимое стабилизирующее воздействие не зависит от первопричины возмущения (если ситуация не является аварийной).

pic_31.wmf

Рис. 1. Алгоритм принятия решения

2. Печь разбивается на несколько технологических частей (зон), и управляющие воздействия определяются по вектору состояний этих частей. Исходя из этого принципа, поддержание необходимого режима обжига заключается в перераспределении тепла между технологическими частями печи.

3. Количество теплоты, подаваемой в технологическую зону печи, складывается из теплоты, необходимой для возмещения потери теплоты в зоне и теплоты для компенсации текущего изменения параметра. Это положение позволяет в информационной системе произвести объединение нечеткой модели и детерминированных зависимостей [5].

4. Выделен допустимый интервал изменения объемной удельной тепловой мощности печи, при которой следует поддерживать постоянную производительность печи. Вне этого интервала поддерживается постоянный тепловой режим с изменением производительности.

pic_32.tif

Рис. 2. Советующая система по управлению цементной вращающейся печью

Состояние технологических частей печи представляется в системе как лингвистические переменные и оценивается в словесном виде. Количество технологических частей печи устанавливается оператором. Это количество определяется количеством измерительной аппаратуры и может быть от 2 до 4. В системе предусмотрены следующие технологические части: холодная часть печи; зона декарбонизации; горячая часть печи; холодильник.

Каждая из частей печи характеризуется минимальным набором контролируемых параметров, если система определяет что наличие параметров недостаточное, то выделение этой технологической части в виде лингвистической переменной блокируется. Пользователь может убирать или добавлять имеющиеся контролируемые параметры. Когда количество параметров становится недостаточным для оценки состояния технологической части печи, она автоматически объединяется с соседней.

Читайте так же:
Самосвал для перевозки цемента

Множество состояний технологических частей печи определяет температурную карту печного агрегата и определяет необходимые управляющие воздействия для более рационального перераспределения тепла.

В системе оценка состояния технологических частей печи показана как словесно, так и цветовой схемой, что позволяет оператору более наглядно оценивать текущую технологическую ситуацию. С помощью лингвистических переменных, характеризующих тепловое состояние частей печи определяются необходимые значения управляющих параметров для вывода печного агрегата в наилучшее технологическое состояние и обеспечивающие стабильную работу с наилучшими показателями.

Функция принадлежности выходного параметра m′В(y) j-го правила для N входных параметров определяется как:

где Rkj(x, y) – матрица отношения j-го правила k-го параметра; ° – операция минимаксной композиции.

Алгоритм на основе нечеткой логики дополняется детерминированными зависимостями, которые учитывают изменение химических и физических свойств шлама. Применение этих зависимостей позволяет корректировать результат и работать не только на основании текущего технологического состояния, но и предсказывать его дальнейшее изменение. Кроме этого, в системе используются алгоритмы, ограничивающие и контролирующие работу нечеткого алгоритма. Управляющие параметры ограничиваются следующим образом:

а) расход топлива – по тепловой мощности печи;

б) разрежение в пыльной камере – по коэффициенту избытка воздуха;

в) положение горелки, дросселя и завихрителя – по положению зоны горения факела.

Рассчитанные системой необходимые значения управляющих параметров могут быть использованы в качестве заданий для ПИД регуляторов нижнего уровня, осуществляющих управление исполнительными механизмами шиберов и задвижек.

В системе имеется возможность для добавления новых технологических параметров, редактирования свойств и определения новых правил. Множество значений параметра задается как отклонения от наилучшего значения, которое определяется технологом.

Система позволяет выполнять действия:

1. По введенным значениям контролируемых на печи параметров проводится анализ технологического состояния печного агрегата.

2. Исходя из анализа состояния печи, предлагаются действия по нормализации режима обжига, в том числе перевод печи на «тихий ход».

3. Имеется возможность предварительной оценки величины расхода топлива на основе теплового баланса печного агрегата и сравнение с реальным расходом топлива.

Система позволяет связываться со SCADA-системой с помощью OPC-сервера. Таким образом, в систему поступают оперативные показания датчиков через теги SCADA-системы и в то же время обеспечивается надежность работы информационной системы в целом (система может выполняться на другом компьютере и быть аппаратно независимой).

В дальнейшем планируется использовать результаты работы алгоритма системы не только для получения рекомендаций, но и для непосредственного управление цементной вращающейся печью мокрого способа производства в реальном режиме времени.

Основные преимущества предложенной системы следующие:

1. Предложена советующая система для машинистов вращающихся печей мокрого способа производства. Она является инструментом технолога цеха «Обжиг» и облегчает разработку и осуществление единообразной схемы управления режимом обжига цементного клинкера.

2. По сравнению с субъективным управлением машиниста разработанная система имеет ряд преимуществ: она охватывает весь спектр имеющейся информации; при определении управляющего воздействия производятся теплотехнические расчеты, дополняющие показания контролируемых параметров; производится постоянный контроль технологического состояния печного агрегата.

3. Применение теории нечетких множеств позволило создать более эффективный алгоритм по сравнению с детерминированными и статистическими моделями [8, 9], а также включить в набор контролируемых параметры, которые могут быть выражены только в словесном виде или точное определение затруднительно для данных условий.

4. Применение системы позволит облегчить работу оператору печи, предупредить сложные технологические ситуации, заблаговременно оповестить машиниста об опасной ситуации (это позволит принять своевременные меры, обеспечит экономию энергоресурсов и предотвратит выпуск бракованной продукции).

5. Представленная информационная система предоставляет возможность технологу разрабатывать необходимую схему поддержания наилучшего режима обжига, менять ее в зависимости от изменения технологических факторов и реализовывать непосредственно на объекте.

6. Наборы контролируемых параметров в системе жестко не заданы, что делает возможным менять параметры из анализируемого набора в зависимости от наличия измеряемых датчиков.

Предложен алгоритм управления теплотехнологическим агрегатом, в котором оценивается его тепловое состоянию печи и управление заключается в перераспределении теплоты между технологическими частями агрегата. Алгоритм реализован в виде советующей системы по управлению цементной вращающейся печью мокрого способа производства, которая в отличие от существующих включает управление на основе синтеза нечеткого вывода и детерминированных зависимостей.

Рецензенты:

Беседин П.В., д.т.н., профессор кафедры технологии стекла и керамики, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород;

Носов О.А., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, НОУ ВПО «Белгородский инженерно-экономический институт», г. Белгород.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector