книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

Рис. 100. Схема контроля технологических пара­ метров процесса мокрого помола сырья в ша­ ровой мельнице

Рис. 101. Статические характеристики процесса мок­ рого помола сырья в шаровой мельнице

Рис. 102. Блок-схема системы автома­ тического регулирования мокрого помола сырья в шаровой мельнице

материал недоизмельчается, а легкоразмалываемый измельча­ ется до чрезвычайно малых частиц.

В то же время поддержание постоянного уровня загрузки первой камеры, т. е. величины fi, приводит к обратному явле­ нию. Оно выражается в том, что более грубый помол имеет место при поступлении в шаровую мельницу легкоразмалываемого сырья.

Нанесенная на график линия 4 является линией постоянного значения тонкости помола р.

Таким образом, стабилизация заданной тонкости помола дос­ тигается путем поддержания определенного соотношения между изменениями величин электроакустического сигнала A fi первой камеры и производительности А Не­

зависимость электроакустического сигнала в зоне шламообразования fu от изменения расхода воды QB при различных расходах материала в мельницу Qc имеет вид, показанный на рис. 101, б (линии /, 2, 3). Из графика следует, что при постоян­ ном значении Qc увеличение расхода подаваемой в мельницу воды приводит к увеличению электроакустического сигнала, и наоборот.

Если установить новое значение Qc, то линия переместится почти параллельно самой себе. Таким образом, электрический сигнал в зоне шламообразования зависит от расхода материала, который вызывает изменение уровня в зоне, и от расхода воды. Следовательно, сигнал электроакустического устройства, уста­ новленного в зоне шламообразования, может быть использован в качестве промежуточного параметра для регулирования вяз­ кости шлама.

Нанесенная на график линия 4 является линией равных зна­ чений вязкости шлама. Стабилизация заданной вязкости шлама ц достигается путем поддержания определенного соотношения между изменениями величины электроакустического сигнала A fu и расходом подаваемой в мельницу воды A QBИзменения гранулометрического состава и расхода подаваемого в мельницу материала, вызывая изменения уровня смеси в зоне, компенси­ руются пропорциональным изменением расхода воды с помощью

электроакустического сигнала.

На рис. 102 изображена блок-схема системы автоматиче­ ского регулирования процесса мокрого помола сырья. Сигналы от электроакустического датчика и индукционного датчика ис­ полнительного механизма подаются на вход регулирующего прибора ЭРі загрузки мельницы материалом. При выборе соот­ ветствующих параметров настройки регулирующий прибор под­ держивает определенное соотношение сигналов датчиков Afi и А Qc и уменьшает тем самым колебания тонкости помола шлама по. сравнению с ручным управлением процесса. При изменении уровня загрузки первой камеры материалом изменяется вели­ чина электроакустического сигнала, подаваемого на регулирую­

161

щий прибор. Последний воздействует на исполнительный меха­ низм ИМі и перемещает нож тарельчатого питателя до тех пор, пока сигнал обратной связи по положению ножа питателя не сбалансирует регулирующий прибор. Соотношение сигналов дат­ чиков, которое поддерживает регулирующий прибор, при этом

остается неизменным.

Система автоматического регулирования вязкости шлама рас­ считана на управление с воздействием на расход воды. На ре­ гулирующий прибор ЭРъ подаются сигналы электроакустического устройства, а также дифманометра, измеряющего расход воды в мельницу. При изменении электроакустического сигнала, выз­ ванного изменением расхода материала, регулирующий прибор ЭР2 воздействует на исполнительный механизм ИМ2, который с помощью пережимного устройства пропорционально изменяет расход воды. При соответствующих параметрах настройки ре­ гулирующий прибор поддерживает определенное соотношение между сигналами датчиков Аfu и AQB, уменьшая тем самым возможные колебания вязкости шлама на выходе мельницы, ко­ торые контролируются ротационным вискозиметром.

Для дистанционного управления процессом служат ключи выбора режима работы, ключи дистанционного управления с самовозвратом и указатели положения регулирующих органов.

Входе эксплуатации резкое и длительное изменение свойств размалываемого материала, перегрузка мельницы мелющими телами вновь вызывают необходимость подбора параметров ста­ тической настройки.

Впроцессе помола некоторые параметры медленно изменя­ ются во времени, например уменьшение веса шаровой загрузки.

Тем не менее они могут вызвать отклонение тонкости помола и вязкости шлама на выходе мельницы, что потребует корректи­ ровки статических параметров настройки. Если с течением вре­ мени вязкость или тонкость помола шлама установятся в сред­ нем на новом значении, отличном от заданного, то следует из­ менить положение задатчиков регулирующих приборов, чтобы восстановить заданные значения параметров. Если возникают длительные незатухающие колебания параметров около задан­ ного значения, то следует изменить передаточный коэффициент соответствующего регулирующего прибора положением ручки «чувствительность» электроакустического сигнала. Для проверки выбранных параметров настройки ведется наблюдение за харак­ тером изменения технологических параметров процесса помола в течение длительного промежутка времени.

Система автоматического регулирования процесса мокрого помола сырья была реализована в виде установки типа КРС-63. 172 таких установки внедрены на 32 цементных заводах. Стои­ мость установки 11 тыс. руб. По усредненным данным, установка КРС-63 позволяет повысить производительность сырьевых мель­ ниц на 6,9%, снизить влажность шлама на 1,3%, уменьшить

162

разброс тонкости помола в 2 раза. Средний годовой экономиче­ ский эффект от внедрения одной установки сдставил 14,5 тыс. руб., окупаемость установки — около 1 года.

Автоматическое регулирование процесса обжига во вращающихся печах

Вращающиеся печи используются в цементном производстве для получения клинкера. При мокром способе производства на вход печи подается шлам, при сухом способе — сырьевая мука. Благодаря наклону (около 3—5°) и вращению печи (1— 1,5 об/мин) материал медленно передвигается вдоль нее, про­ ходя расстояние от начала до конца за 2—4 ч в зависимости от

Рис. 103. Блок-схема регулирования процесса обжига в печи, работающей на газообразном топливе

размеров печи. Навстречу движению материала направлен по­ ток горячих газов, образующихся при сжигании топлива в печи. Газы удаляются через дымоход, установленный за печью. После выхода из печи клинкер попадает в холодильник, где охлажда­ ется потоком воздуха, и транспортером направляется на клин­ керный склад.

На процесс клинкерообразования в печи влияет множество факторов. Главные из них: расход, влажность, химический со­ став и тонкость помола шлама, количество и калорийность топ­ лива, температура и количество вторичного воздуха. Кроме того, на процесс действуют такие возмущения, как образование колец, волнообразность движения материала и т. п.

Целью автоматизации вращающейся печи является поддер­ жание заданных значений качества клинкера на выходе печи и повышение производительности. В основу системы автоматиче­ ского регулирования процесса обжига заложен принцип стаби­ лизации процесса.

На рис. 103 представлена блок-схема системы автоматиче­ ского регулирования процесса обжига в печи при мокром спо­

163

собе производства, работающей на газообразном топливе. Сис­ темы стабилизации выполнены в виде самостоятельных кон­ туров.

Контур регулирования расхода шлама состоит из индукцион­ ного расходомера ИР, включенного на вход регулирующего прибора Ри который с помощью исполнительного механизма ИМі управляет пережимным устройством. Требуемое значение расхода шлама устанавливается задатчиком. Контур давления газообразного топлива комплектуется серийным регулятором прямого действия Р2, характеристика которого подбирается ис­ ходя из конкретных параметров газопровода и на основании рас­ чета необходимого расхода газа. Остальные контуры системы регулирования осуществляют стабилизацию температурного ре­ жима основных зон вращающейся печи — спекания, кальцини­ рования, подсушки.

Основным показателем, определяющим температуру мате­ риала на выходе из зоны подсушки, служит влажность мате­ риала за цепной завесой, по ходу материала. Этот показатель косвенно, в первом приближении, характеризуется температурой отходящих газов, измеряемой термопарой Tit помещенной в пы­ леосадительной камере. Стабилизация температуры отходящих газов достигается системой регулирования, состоящей из дат­ чика Ті термопары и регулирующего прибора Р3, управляющего с помощью исполнительного механизма ИМ3 положением шибе­ ров дымососа.

Температура материала в зоне кальцинирования оценивается по показаниям термопары Т2, установленной в «кармане» кор­ пуса печи. Термопара значительную часть времени находится в материале, ввиду этого ее показания отражают изменения тем­ пературы материала в данном сечении печи. Температура в зоне спекания оценивается приближенно радиационным пирометром РП, который визируется с головки печи на футеровку, выходя­ щую из материала. Воспринимаемое пирометром излучение яв­ ляется интегральным показателем температур материала, футе­ ровки и газов, находящихся в поле визирования.

В рассматриваемой схеме под стабилизацией температурного режима понимается такой закон регулирования, который обес­ печивает заданное значение температуры в зоне спекания. Ис­ следования, проведенные на моделирующих установках, пока­ зали, что таким является пропорциональный закон. Поэтому в системе автоматического регулирования регулирующий при­ бор Я4 поддерживает заданное соотношение между показаниями термопары, установленной в зоне кальцинирования, и расходом топлива, измеряемым с помощью переменного перепада дифманометром ДМ.

Сигнал радиационного пирометра подключен на вход регу­ лирующего прибора Р5, который корректирует работу регулирую­ щего прибора Р4, воздействуя на его задание. Корректирующий

164

прибор осуществляет воздействие лишь в том случае, если не обеспечивается заданное значение температуры в зоне спекания.

Для обеспечения условий нормального горения топлива в печи в систему введена блокирующая связь термомагнитного газоанализатора на кислород ТГ с регулирующим прибором Я4. Связь ограничивает регулируемый диапазон изменения подачи топлива по содержанию кислорода в отходящих газах. Допуска­ ется изменение содержания кислорода в пределах 0,84-3,0%г

Система автоматического регулирования процесса обжига яв­ ляется, таким образом, системой связанного регулирования. На­ стройка регуляторов осуществляется по данным теплотехниче­ ских испытаний, которые должны предшествовать включению системы автоматического регулирования, а также по результа­ там анализа диаграмм записи параметров работы печи при руч­ ном управлении. Машинист вращающихся печей устанавливает задания и при необходимости производит перенастройку регу­ лирующих приборов. Контроль осуществляется в процессе ра­ боты по имеющимся показывающим и записывающим приборам.

На базе настоящей системы разработана установка типа УРПО для контроля и регулирования технологического режима во вращающихся печах, работающих на газообразном топливе. Установка позволяет уменьшить удельный расход топлива на 1 %, повысить качество обжига, снизить число тихих ходов.

Экономический эффект от стабилизации режима обжига со­ ставляет в среднем 15 тыс. руб. в год. При стоимости установки 7,5 тыс. руб. срок окупаемости не превышает года.

Автоматическое регулирование процесса помола клинкера в шаровых мельницах разомкнутого цикла

Процесс помола клинкера и добавок осуществляется в основ­ ном в шаровых мельницах разомкнутого цикла. Компоненты шихты — клинкер, гипс, добавка — поступают на вход мель­ ницы непрерывно с помощью дозаторов или тарельчатых пита­ телей.

К процессу измельчения шихты в мельнице предъявляются два основных требования — постоянство тонкости помола и хи­ мического состава цемента. При ручном управлении процессом получить требуемые качественные характеристики цемента на выходе мельницы не представляется возможным вследствие не­ прерывных возмущений как со стороны количества подаваемых компонентов (при отсутствии дозаторов), так и со стороны их размалываемости.

165

первой камеры мельницы, который контролируют электроакусти­ ческим датчиком, установленным в начале первой камеры мель­ ницы, и, таким образом, получают информацию о производитель­ ности мельницы и размалываемое™ подаваемой шихты. Зави­ симости между параметрами процесса помола — производитель­ ностью, тонкостью помола и электроакустическим сигналом — аналогичны зависимостям, показанным на рис. 101, а. Чтобы обеспечить заданную тонкость помола цемента, необходимо под­ держивать определенное соотношение между изменением элек­ троакустического сигнала А/і и суммарной производительностью компонентов А Qc■ При этом с целью поддержания заданного

состава цемента необхо­ димо установить опреде­ ленное соотношение меж­ ду количеством клинкера, гипса и добавки.

На рис. 104 изображе­ на блок-схема системы автоматического регули­ рования загрузки мельни­ цы, в которой использует­ ся указанный выше прин­ цип. Уровень загрузки первой камеры мельницы контролируется электро­ акустическим устройст­ вом УПБ. Расход компо­ нентов определяется по­ ложением ножей тарель­

чатых питателей. Ножи перемещаются исполнительными меха­ низмами ИМ. Положение индуктивных датчиков исполнитель­ ных механизмов пропорционально расходу соответствующих компонентов.

Сигнал электроакустического датчика подается на вход ре­ гулирующего прибора расхода клинкера. Сюда же подключается обратная связь по положению исполнительного механизма. На регулирующие приборы расхода гипса и добавки (шлака, опоки или других) подаются сигналы индуктивного датчика исполни­ тельного механизма расхода клинкера и сигналы обратной связи собственных исполнительных механизмов. Таким образом, ножи всех тарельчатых питателей перемещаются пропорцио­ нально изменению сигнала электроакустического датчика.

При соответствующих параметрах настройки система авто­ матического регулирования поддерживает определенное соотно­ шение между электроакустическим сигналом и суммарным рас­ ходом всех компонентов, что существенно уменьшает колебания

166

тема поддерживает также соотношение между компонентами, чем достигается стабилизация состава цемента.

Наряду с автоматическим регулированием система осущест­ вляет непрерывный контроль технологических параметров и дис­ танционное управление регулирующими органами. Принцип на­ стройки системы аналогичен рассмотренному выше для сырье­ вой мельницы.

Система автоматического регулирования процесса помола клинкера была реализована в виде установки P3MO-63. 250 та­ ких установок внедрены на цементных мельницах разомкнутого цикла. Стоимость установки 7 тыс. руб. По усредненным данным установка P3MO-63 позволяет повысить производительность це­ ментных мельниц на 6,7%, уменьшить разброс тонкости помола цемента в 1,4 раза. Средний годовой экономический эффект от внедрения одной установки составил 9,8 тыс. руб., окупаемость установки — около 1 года.

Автоматическое регулирование процесса сушки шликера в распылительной сушилке

Распылительные сушилки применяются для сушки керамиче­ ских масс (шликера) и предназначены для снижения влажности массы до 7—9% перед ее прессованием.

Сушилка представляет собой башню / (рис. 105) с кониче­ ским днищем. Ее высота составляет 5,0 м, наибольший диаметр 4,5 м. В верхней части сушилки находятся механические фор­ сунки //, к которым по трубопроводу подводится шликер, где под давлением 13—15 атм распыляется. Здесь же располагаются инжекционные горелки III, работающие на газе и создающие высокую температуру в зоне распыла шликера. Распыленные частицы шликера, теряя влагу, уже в виде порошка собираются

вконическом днище сушилки, откуда поступают непосредственно

вбункера над прессами. Вентилятор IV выносит из нижней части сушилки отходящие газы через циклон V, в котором они очи­ щаются от частиц порошка.

Кпроцессу сушки предъявляются требования стабилизации

влажности в пределах от 6 До 9% и гранулометрического со­ става порошка. Исследование характера возмущающих факто­ ров показало, что наибольшее влияние на процесс сушки ока­ зывают расход и влажность шликера, а также расход топлива. Ввиду отсутствия датчика влажности керамического порошка в потоке, были сняты зависимости с целью определения пара­ метров, косвенно связанных с влажностью порошка. Оказалось, что наиболее тесную связь с влажностью имеет температура от­ ходящих газов при постоянных расходах шликера и газа. Это обстоятельство было использовано при построении системы ре­ гулирования режима сушки по температуре отходящих газов: Чтобы получить на выходе агрегата заданное значение влаж­

167

ности порошка, необходимо с увеличением расхода шликера температуру отходящих газов увеличить, а при уменьшении рас­ хода — уменьшить.

Гранулометрический состав порошка зависит не только от физико-химических свойств шликера, но и от степени износа механической форсунки.

В состав схемы контроля процесса входят контроль давления газа и шликера, осуществляемые манометрами 1 и 2, контроль температур в различных точках сушилки, производимый мало­ инерционными термопарами 3 с записью их показаний на мно-

Рис. 105. Блок-схема системы автоматического регу­ лирования процесса сушки шликера в распылитель­ ной сушилке

готочечном автоматическом потенциометре 4. Расход шликера измеряется индукционным расходомером, состоящим из датчика 5 и измерительного блока 6". Контроль за аэродинамическим ре­ жимом осуществляется дифтягомерами 7, 8 и 9.

Система автоматического регулирования процесса включает два контура регулирования. Первый стабилизирует аэродина­ мический режим по величине разрежения в потолке сушилки, воздействуя с помощью регулирующего прибора 10 и исполни­ тельного механизма И на заслонку трубопровода отсоса 12. Второй регулирует тепловой режим по сигналу термопары отхо­ дящих газов, которая подключена на вход регулирующего при­ бора 13, воздействующего через исполнительный механизм 14 на заслонку 15 газопровода.

Испытания системы показали, что автоматическое регулиро­ вание позволяет сократить расход топлива на 1 1 %, уменьшить среднеквадратичное отклонение влажности пресс-порошка в 2 раза, увеличить сортность плитки в среднем на 5—10% по каж­

168

дому сорту, уменьшить брак прессования на 1%. Годовой эконо­ мический эффект от внедрения системы составляет 4,5 тыс. руб., срок окупаемости — около 1 года.

Система автоматического регулирования процесса сушки сырья в сушильных барабанах

Для сушки сырья используются сушильные барабаны прямо­ точного типа, на выходе которых влажность сырья не должна превышать 3%. Сырье подается в барабан тарельчатым питате­ лем. Сушка осуществляется подачей в барабан топлива.

Система автоматического регулирования процесса сушки предусматривает работу барабана в режиме максимального

конца. Съем сигнала производится посредством контактных ко­ лец и троллей. Термопара измеряет температуру газового по­ тока внутри барабана, зависящую от влажности материала, поступающего в барабан. Экспериментальные исследования ба­ рабана как объекта автоматического регулирования показали пропорциональную зависимость температуры от количества и влажности подаваемых добавок. Сигнал от термопары посту­ пает на регулирующий прибор Р2 и через исполнительный ме­ ханизм ИМ2 воздействует на положение ножа тарельчатого пи­ тателя загрузки.

Второй каскад системы — регулирование влажности готового продукта — корректирует работу первого каскада, воздействуя через исполнительный механизм ИМ3 на задатчик регулирующе­ го прибора Р2. Влажность продукта оценивается косвенным пу­ тем при помощи контроля температуры материала на выходе

169