Delist.ru

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ОБЖИГА КЛИНКЕРА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА (30.05.2011)

Автор: ПИРОВ ФУРКАТ САЙФУЛЛОЕВИЧ

разработка алгоритмов управления процессом термической обработки клинкера.

Объектом исследования является термическая обработка процесса обжига цементного клинкера в Государственном унитарном предприятии ГУП «Таджикцемент».

Методы исследования. Теоретической основой диссертационной работы являются общая теория систем, методы оптимизации, случайные процессы, имитационное моделирование, исследование операций, системный анализ.

Научная новизна. Научную новизну работы составляет совокупность методов, моделей и алгоритмов автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера, расчета температуры газовой смеси, расчета температуры материала и моделирования теплового баланса печи.

На защиту выносятся:

результаты анализа способов и технологий получения цементного клинкера;

формализованное представление процесса обжига цементного клинкера;

имитационная модель технологического процесса обжига цементного клинкера;

алгоритм управления процессом термической обработки клинкера, обеспечивающий расчет температуры газовой смеси и расчет температуры материала;

методика выбора оптимального варианта маршрутной технологии.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных организаций.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Проведены экспериментальные исследования модели с целью выдачи рекомендаций по организации работы цеха обжига цементного клинкера. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ГУП «Таджикцемент» (Республика Таджикистан), а также используются в учебном процессе на кафедре "АСУ" Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных методов.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

на научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах Республики Таджикистан (г. Душанбе, 2010-2011 гг.);

на научно-методических конференциях МАДИ (Москва, 2008-2011 гг.),

на заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Содержание работы

Во введение показано актуальность, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе диссертации рассмотрены технологии производства цемента. Цементная промышленность — одна из наиболее крупных и ответственных отраслей строительного производства. Сырьем для производства цементов служит смесь из известковых (карбонатных) и глинистых пород, с соответствующими добавками (ГОСТ 10178-85). Цементы выпускаются на основе клинкера, получаемого в результате обжига сырьевой смеси, вследствие чего в клинкере формируются силикаты кальция (70-80%), алюминатная и алюмоферритная фазы (20-30%).

Технология изготовления цемента складывается из следующих операций:

добыча сырья (разработка карьера);

приготовление сырьевой смеси — «сырьевой передел»;

спекание клинкера (обжиг);

помол цементной шихты.

В зависимости от использования воды различаются сухой, мокрый и комбинированный (полусухой) способы производства.

Сухой способ целесообразен при сравнительно малой влажности и однородном составе сырья, он же практикуется в случаях, если в сырьевую смесь вместо глины вводится гранулированный доменный шлак. Расход топлива при сухом способе существенно меньше, чем при мокром способе.

При значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента чаще применяется мокрый способ, так как однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь получить легче, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, более мягкую структуру и легко диспергируются водой. Выбор мокрого способа предопределяется также в случае наличия в глине избытка посторонних примесей, для удаления которых необходимо «отмучивание» в присутствии воды. Кроме того, при мокром способе отжига облегчается размол сырья и требуется меньше энергии на его измельчение.

Мокрый способ производства используется при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Способ назван мокрым из-за того, что измельчение смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии — «шлама» влажностью 30 – 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 4 м, а длина 150 и более метров, см. рис.1.

Обозначения: 1 - дымовая труба; 2 - дымосос; 3 - электрофильтр; 4 - система пылевозврата; 5 - шламовая труба; 6 - пылеулавливающая камера; 7 - цепная завеса; 8 - вращающаяся печь; 9 - головка печи; 10  - топливная форсунка; 11  - рекуператорный холодильник; 12 - решетка горячей камеры; 13 – естественный воздух; 14 - клинкерный транспортер.

Шарики клинкера, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок (который, собственно, и представляет собой цемент).

При комбинированном способе производится предварительное удаление части воды из смеси — путем фильтрации: это несколько снижает расход топлива, но усложняет процесс.

Основной составляющей оборудования для обжига клинкера является вращающаяся печь, главной частью конструкции является корпус — наклонный цилиндр. Сырьевой материал перемещается внутри корпуса благодаря его наклону и вращению.

Процесс теплообмена во вращающихся печах организован по принципу противотока: движение горячих газов, образующихся при сжигании топлива и оттягиваемых дымососом, противоположно направлению движения материала.

На происходящие процессы оказывает влияние множество факторов, таких как общий объем сырья, влажность, химический состав и тонкость помола шлама (или состав и количество муки), расход и калорийность топлива, температура и расход вторичного воздуха, неравномерность движения материала и т. п.

Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть подразделена на ряд зон — сушки, подогрева, кальцинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения (загрузка, сушка, подогрев, обжиг, охлаждение и выгрузка).

Общая задача управления вращающейся печью заключается в обеспечении оптимальных тепловых режимов по сечениям печи, регулирования углов наклона и скоростей вращения цилиндра на всех стадиях рабочего процесса.

Сущность процессов получения клинкера состоит в том, что при высокой температуре в сырьевой смеси образуются компоненты, обеспечивающие требуемые свойства цемента. Образование клинкера во вращающихся печах завершается при температурах обжигаемого материала около 1450°С — после полного связывания извести.

загрузка...