Курсова робота: Автоматизація процесу помелу клінкеру при виробництві цементу
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
вищої професійної освіти
«БРАТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Кафедра Будівельного матеріалознавства і технологій
Курсова робота
Автоматика та автоматизація
виробничих процесів
АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ПОМОЛУ КЛІНКЕРА ПІД ЧАС ВИКОНАННЯ цементу
Пояснювальна записка
КР-2069823-СТ-07-08
виконав:
студент гр. СТ-04 Рехтіна А.В.
«__» __________2008 р
керівник:
Ст. викладач каф. Сміт Дворянінова Н.В.
«__» __________2008 р
Братськ 2008 р
зміст
Введення. 3
1 Основна частина. 6
1.1 Аналітичний огляд. 6
1.2 Автоматизація виробництва. 12
Висновок. 15
Список використаних джерел. 17
Додаток. 18
Вступ
За останні кілька років широке поширення в сфері науки і нових технологій отримало таке поняття, як автоматизація технологічних процесів і виробництв. Автоматизація виробництва - це застосування комплексу засобів, що дозволяють здійснювати виробничі процеси без безпосередньої участі людини, але під його контролем. Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску, зниженню собівартості і поліпшенню якості продукції.
Промислова автоматизація зменшує чисельність обслуговуючого обладнання персоналу, підвищує надійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, поліпшує умови праці і підвищує безпеку виробництва. Виконувати свою роботу настільки якісно, як промислова автоматика, людина навряд чи зміг би фізично. Високий рівень продуктивності досягається завдяки тому, що у виробництві сьогодні використовуються технічні засоби автоматизації. Вони забезпечують автоматичне отримання, передачу, перетворення, порівняння і використання інформації з метою контролю та управління виробничими процесами.
Автоматизація сьогодні досягла таких висот, що для забезпечення безпеки виробництва створені спеціальні системи безпеки, які відстежують весь виробничий процес від початкової стадії і до його завершення.
Технічне переозброєння підприємств будіндустрії, прискорене впровадження нових інтенсифікованих технологічних процесів неможливо без використання високотехнологічного обладнання комплексної автоматизації. Розробка і впровадження на підприємства будіндустрії автоматичних систем управління (АСУ) дозволяє вирішувати завдання оперативного управління на трьох основних рівнях:
1) локальні засоби автоматики;
2) автоматизовані системи управління підприємствами (АСУП);
3) галузеві автоматизовані системи управління (ОАСУ).
Застосування сучасних засобів і систем автоматизації дозволяє вирішувати завдання:
1. Вести процес з продуктивністю, максимально досяжної для даних продуктивних сил, автоматично враховуючи безперервні зміни технологічних параметрів, властивостей вихідних матеріалів і напівфабрикатів, зміна в навколишньому середовищі і помилки операторів;
2. Керувати процесом, постійно враховуючи динаміку виробничого плану для номенклатури продукції, що випускається шляхом оперативної перебудови режимів технологічного обладнання, перерозподілу робіт і т.д. 3. Автоматично управляти процесом в умовах шкідливих і небезпечних для здоров'я людини.
Рішення поставленої задачі можливе, якщо є такі передумови:
1) наблюдаемость основних технологічних параметрів виробничого процесу (можливість прямих або непрямих вимірювань всіх параметрів, що характеризують стан процесу).
2) потенційна керованість виробничого процесу (можливість компенсувати обурення швидше, ніж встигає змінитися це обурення).
3) прогресивність виробничого процесу і використовуваного технологічного обладнання (можливість модернізації).
4) наявність необхідного ступеня вивченості виробничого процесу як об'єкта управління.
5) можливість отримання техніко-економічного, соціального або іншого ефекту.
6) реальність практичного використання потенційно досяжного ефекту.
7) наявність необхідного технічного забезпечення розробляється АСУТП.
8) наявність необхідних організаційних передумов для створення АСУТП.
Впровадження систем автоматизації направлено на підвищення ефективності виробничих процесів. Основними джерелами впровадження СА є:
1) підвищення культури виробництва, якості продукції та ефективності використання технологічного обладнання;
2) підвищення продуктивності праці при виконанні технологічних операцій, різке скорочення помилок і шлюбу, стабілізація технологічного процесу, скорочення числа працюючих;
3) збільшення випуску і підвищення надійності продукції, оптимізація номенклатурного розподілу виробленої продукції;
4) скорочення втрат робочого часу на ділянках і технологічних лініях, збільшення оперативності управління виробничим процесом з боку персоналу і збільшення якості управління. [1]
Мета даної роботи - автоматизація процесу помелу клінкеру при виробництві цементу.
Тонке подрібнення клінкеру з гіпсом і активними мінеральними добавками - завершальна технологічна операція виробництва портландцементу. Його основні властивості (міцність, швидкість твердіння та ін.) Визначаються ступенем подрібнення.
Подрібнення здійснюється під дією зовнішніх сил, що долають сили взаємного зчеплення частинок матеріалу. Макро- і мікронеоднорідних шматків матеріалу, його узагальнення порошку, взаємодія подрібненого матеріалу і подрібнюючих поверхонь зумовлює стадийность процесу. На кривій опірності помелу портландцементного клінкеру можна виділить три ділянки (рис. 1): грубого, середнього та тонкого подрібнення.
Рис 1. Залежність опірності клінкеру помелу від дисперсності:
І, ІІ, ІІІ - стадії подрібнення (грубе, середнє, тонке)
Питома робота подрібнення послідовно зростає від першої до третьої стадії. На першому опірність матеріалу, на другий - микроструктурой і мінералогічним складом речовини. На третій стадії опірність помелу збільшується зі зростанням питомої поверхні внаслідок агрегації тонких частинок і їх налипання на робочі поверхні. У міру подрібнення енергетичні потенціали частинок настільки зростають, що відбувається мимовільне їх агрегування зі зменшенням питомої поверхні. В результаті на третій стадії подрібнення велика частина енергії витрачається не на подрібнення вихідного продукту, а на руйнування знову утворюються агломератів. Тому вводяться певні обмеження, що встановлюють доцільну ступінь подрібнення кожного матеріалу в залежності від його призначення.
Розмел портландцементу - найбільш енергоємна операція. На 1 т портландцементного клінкеру витрачається 90 ... 110 МДж енергії. Енергоємність процесу обумовлює прагнення до зменшення маси розмелюється. З нього доцільно попередньо виділити шматки менше того розміру, до якого проводитися подрібнення на даній стадії. В результаті зменшується витрата енергії, підвищується продуктивність млина, кінцевий продукт виходить більш однорідним за розмірами. Позитивні результати дає також зменшення тонкощі харчування млинів за рахунок попереднього зменшення тонкого дроблення подається на помел клінкеру. При харчуванні млинів дрібнопорізаної крупою (2 ... 3 мм) їх продуктивність зростає на 25 ... 30%.
Кульова (трубна) млин є основним агрегатом для тонкого подрібнення в цементній промисловості. Вона відрізняється простотою конструкції, надійністю, зручністю експлуатації і забезпечує високу ступінь подрібнення. При обертанні млина тіла, що мелють під дію відцентрової сили притискаються до внутрішньої стінки корпусу і піднімаються на певну висоту, але під дією сили тяжіння відриваються від корпусу і при падінні розбивають шматки матеріалу, які безперервно надходять в млин. Подрібнення його відбувається в процесі переміщення уздовж млинового барабана. Чим довше цей шлях, тим більше ступінь подрібнення. Млини повинні мати достатню довжину (10 ... 14 м), яка забезпечує необхідне 
час перебування матеріалу в млині і відповідну тонкість помелу.
Млини розділені дірчастими перегородками на камери. Розмір куль, що завантажуються в млин, приймають в залежності від величини шматків розмелюється. Вони повинні бути такими, щоб кінетична енергія кулі була достатньою для руйнування подрібнюють частинок. В першу камеру надходять великі шматки, для руйнування яких необхідна велика сила удару. Тому її завантажують кулями великого діаметра - 60 ... 110 мм, масою 5 ... 6 кг кожен. У другу камеру матеріал надходить уже у вигляді крупки, але ударів повинно бути більше, оскільки зросла кількість зерен. Тому другу камеру завантажують кулями меншого діаметра - 30 ... 60 мм. У наступні камери надходить досить тонко подрібнений продукт, і його потрібно доізмельчіть стиранням, тому їх завантажують зазвичай сталевими циліндрами (цільпебси), що мають довжину 25 ... 40 мм і діаметр 16 ... 25 мм. Стирається площа цільпебси в кілька разів більше, ніж куль того ж діаметру, так як кулі стикаються в одній точці, а циліндри - по котра утворює лінії.
Обов'язкова умова ефективної роботи млина - охолодження млинового простору шляхом його аспірації (вентилювання). Швидкість повітряного потоку (0,3 ... 0,7 м / с) забезпечується вентилятором, просасивается повітря через млин і наступні пиловловлювачі. Холодне повітря, просасивается через млин, охолоджує футеровку корпусу, що мелють тіла і подрібнюється матеріал. Крім того, повітряний потік захоплює з млина найдрібніші частинки, запобігаючи їх налипання на мелють тіла. Завдяки аспірації продуктивність млина підвищується на 20 ... 25%, зменшується пиловиділення, поліпшуються санітарно-гігієнічні умови праці. Однак інтенсифікація аспірації доцільна до певної межі. Чим більше обсяг просасивается повітря, тим вище витрата енергії на 
аспірацію. Економічно доцільно на кожну тонну розмелюється пропускати до 300 м3 повітря.
Для інтенсифікації процесу помелу рекомендується застосування спеціальних добавок. У вітчизняній промисловості найбільше застосування отримав спосіб інтенсифікації процесів тонкого подрібнення шляхом сприскування в млинах 0,03 ... 0,04% триетаноламіну і сульфітно-дріжджової бражки (СДБ). Поверхня утворюються при подрібненні нових частинок адсорбує поверхнево-активна речовина, що запобігає їх агрегування. Крім того, ПАР, проникаючи в мікротріщини матеріалу, знижують опірність його помелу. В результаті продуктивність млина збільшується на 20 ... 30% з відповідним зниженням питомої витрати електроенергії.
Найбільш потужний резерв зростання продуктивності і економії електроенергії - укрупнення помольних агрегатів. Оскільки продуктивність трубних млинів зростає пропорційно діаметру в ступеня 2,5 і пропорційно довжині, вдосконалення конструкції млинів йде переважно за рахунок збільшення їх діаметра.
Впровадження замкнутого циклу помелу обумовлено підвищенням вимог до тонкості помелу, які не могли бути задоволені при роботі на установках відкритого циклу. Млини ж, що працюють в замкнутому циклі, дають більш однорідний за розміром зерен продукт, характеризуються більшою питомою продуктивністю, мають меншу температуру млинового простору, а, отже, і виходить продукту. Питома витрата енергії в них менше, ніж при відкритому циклі. Застосування замкнутого циклу доцільно ще й тому, що подрібнюють шихта складається з компонентів різної размолоспособності. У замкнутому циклі більш тверді компонент подрібнюється довше, а своєчасне видалення з млина дрібних частинок запобігає їх переізмельченіе, на яке витрачається велика 
кількість енергії. Слід, однак, врахувати, що млини замкнутого циклу вимагають великих капітальних витрат. У них більше допоміжної апаратури і вони складніше в експлуатації.
Одним з основних вимог, що пред'являються до процесу помелу, є стабілізація тонкощі помелу шламу. У зв'язку з тим, що готується в млині шлам надходить на випал в обертові печі, він повинен мати мінімальну вологість. Надлишковий вміст води в шламі вимагає додаткових витрат палива на її випаровування в печі.
Зміст вологи має бути таким, щоб забезпечити проходження шламу в млині і в печі, а також перекачування насосами. Транспортабельність шламу тісно пов'язана з його в'язкістю. У тому випадку, коли сировинної шлам готується з декількох компонентів, на управління процесом помелу накладається умова підтримки певного складу шламу. Таким чином, системи автоматичного управління процесом сухого помелу сировини в трубній кульової млині повинні забезпечувати стабілізацію технологічних параметрів - тонкості помелу, вологості і максимальної продуктивності.
На виробництві були впроваджені різноманітні АСУТП. Одна з відмінностей полягає в використанні функціональних різних можливостей, пов'язаних із застосуванням тих чи інших технічних засобів. Системи управління на базі локальних регулюючих комплексів з мінімальними інформаційними функціями доцільні при реконструкції окремих цехів малої потужності. При будівництві нових технологічних ліній або реконструкції потужних заводів передбачаються міні - або мікро-ЕОМ, що реалізують максимальний обсяг інформаційних і керуючих функцій.
Можливості вдосконалення розроблених систем далеко не вичерпані. Подальші роботи ведуться як в напрямку застосування 
мікропроцесорної техніки, так і по створенню більш досконалих алгоритмів керування зі статичної оптимізацією і динамічною стабілізацією на базі адаптивної моделі процесу.
Розробка засобів і систем автоматизації здійснювалася в наступних напрямках по створенню:
· Коштів автоматичного або автоматизованого контролю технологічних параметрів і якості матеріалів;
· АСУТП на основі засобів обчислювальної техніки;
· Автоматичних систем контролю і регулювання (СКР) на основі аналогової техніки;
· АСУП і інтегрованих систем управління (ІАСУ) на базі засобів обчислювальної техніки.
У даній роботі розглядається автоматизація процесу помелу клінкеру при виробництві цементу.
Управління процесом помелу, здійснюване обслуговуючим персоналом вручну в період пуску і виведення млини на номінальний режим, або управління з відключеною автоматикою, а також настройка АСР вимагає технологічного контролю, який виконується за допомогою показують і автоматичних самопіщущіх приладів. Наприклад, контроль рівня завантаження млина матеріалом дозволяє машиністу вручну вести процес помелу в потрібному режимі, судити про припинення надходження матеріалу в млин, про перевантаження її і т.д.
Як видно, в процесі роботи цементного млина можуть змінюватися параметри: витрата гіпсу і добавок, рівень завантаження матеріалом 1-ої камери млина, тонкість помелу цементу на виході з млина, розрідження в млині і ін.
Рівень завантаження першої камери млина вимірюється електроакустичним пристроєм. Як дозаторів найчастіше використовуються тарілчасті живильники. Число живильників встановлюється на цементній млині по числу компонентів: клінкеру, гіпсу та добавок.
Додатково на сепараторной цементної млині контролюється кількості цементу, циркулюючого в замкнутому контурі. Контроль здійснюється на завантаженні електроприводу елеватора від трансформатора струму, сигнал від якого надходить на показує прилад.
На схемі показань агрегат, Який НЕ має розподілу грубого продукту сепарації между камерами. Для цієї технологічної схеми застосовується двохкаскадній схема автоматичного регулювання. Регулятор уровня завантаження млина впліває на подачу вихідних компонентів. На цею ж регулятор Надходить коригувальна пропорційній сигнал від вімірювача ціркуляційної НАВАНТАЖЕННЯ на елеваторі, а такоже сигнал зворотнього зв'язку від індукційного датчика, вбудований в виконавчий Механізм по положенню ножа тарельчатого живильника. При зменшенні Величини електроакустічного сигналу або збільшенні Струму електродвигун елеватора дію регулятора направлено на Зменшення витрат клінкеру; при збільшенні електроакустичного сигналу або зменшенні струму електродвигуна елеватора регулятор збільшує подачу клінкеру.
Повний закон регулювання витрати клінкеру має вигляд:
Qкл = k1 · f + k2 · І + Qкло
де Qкл - витрата клінкеру; f - величина електроакустичного сигналу; k1 - коефіцієнт пропорційності регулятора по електроакустичних сигналу; І - величина струму електродвигуна елеватора; k2 - коефіцієнт пропорційності регулятора по току; Qкло - завдання регулятору.
Експериментальним шляхом при розробці млини на ручному управлінні визначаються робочі діапазони зміни сигналів по частоті Δf і по ходу струму ΔІ, а також відповідний їм діапазон зміни положення регулюючого органу Δαкл.
По кожному із зазначених регульованих параметрів визначається коефіцієнт подачі: k1 = Δαкл / Δf, k2 = Δαкл / ΔІ. Налаштування регулятора здійснюється окремо для кожного з параметрів Δf і ΔІ при постійному значенні іншого. Дозування гіпсу і добавок проводитися регуляторами. Сигнал, пропорційний витраті клінкеру, взятий з ланцюга датчика виконавчого механізму і регулятора, подається на вхід регуляторів гіпсу і добавок. Синхронне складання цих регуляторів забезпечується за рахунок жорстких зворотних зв'язків по положенню регулюючих органів, що йдуть до регуляторів від індукційних датчиків виконавчих механізмів. Таким чином, система стеження забезпечує подачу гіпсу і добавок в певному співвідношенні до витрати клінкеру: k3 = Qгіпс / Qкл, k4 = Qдоб / Qкл.
Система автоматичного регулювання налаштовується так, щоб спрацьовування регуляторів приводило до зміни витрати вихідних матеріалів в потрібну сторону. При падінні електроакустичного сигналу і зростання струму електродвигуна елеватора витрата вихідних матеріалів зменшується і, навпаки, при зростанні електроакустичного сигналу і падінні струму - збільшується.
При автоматизації помольних агрегатів вся вимірювальна і регулююча апаратура розміщується на цехових щитах. У період пуску і виходу з ладу автоматики обслуговуючий персонал користується системою дистанційного керування. Для цієї мети на пульт управління виноситися вся апаратура дистанційного керування: ключі і перемикачі управління, покажчики положення та ін.
На схемі показано дистанційне керування електродвигунами тарілчастих живильників SA1, SA2, SA3 і ін. Перемикання з автоматичного регулювання на дистанційне керування і назад здійснюється ключами, вбудованими в регулятор [*] . При дистанційному управлінні ключ управління повинен перебувати в положенні «Дистанційно». Поворотом його в положення «Більше» або «Менше» ніж тарельчатого живильника встановлюється за вказівником.
Від надійної роботи помельного агрегату, його допоміжного обладнання залежить якість цементу. Припинення подачі матеріалу в млин, викликане його зависанням в бункері або вимушеною зупинкою електропривода тарельчатого живильника, призводить до порушення технологічного режиму, зміни хімічного складу цементу. Передбачена схемою сигналізація своєчасно попереджає обслуговуючий персонал про зупинку електропривода тарельчатого живильника, відсутності подачі матеріалу з бункера на тарілку живильника. 
Крім перерахованих параметрів, додатково може бути передбачена сигналізація зміни температури підшипників млина, зупинки млина та ін.
Найбільш високий рівень автоматизації в промисловості будівельних матеріалів має цементне виробництво. Основною передумовою для цього є відповідний стан технологічних проток виробництва. Домінуючий спосіб виробництва цементу в РФ - мокрий спосіб, тому основний обсяг робіт з автоматизації цементної промисловості пов'язаний з цим способом. Разом з тим в останні роки впроваджують і сухий спосіб виробництва цементу.
Існуючий рівень автоматизації цементного виробництва характеризується установкою на всіх технологічних переділах приладів автоматичного контролю, як загальнопромислового призначення, так і специфічних, спеціально створених для цементної промисловості. На передових заводах здійснюється комплексна автоматизація виробництва. Створили, впровадили і показали високу надійність і ефективність системи автоматизації основних технологічних процесів - приготування сировини, випалювання і помелу клінкеру. Створені і серійно випускаються установки автоматичного контролю і регулювання процесу сушіння шкали в прямоточних сушильних барабанах, процесу охолодження цементного клінкеру в холодильниках колосникового типу. Всього в цементній промисловості впроваджено і працює близько 600 різних систем автоматизації.
Успіхи вітчизняної науки і техніки в галузі створення електронних керуючих машин дозволили перейти до якісно нового етапу автоматизації, що характеризується переходом від автоматизації окремих технологічних агрегатів до автоматизації ділянок виробництва і заводу в цілому. Необхідні для цього роботи з математичного опису об'єктів управління і розробці алгоритмів керування виробляють в різних інститутах Росії.
Наступним етапом вдосконалення управління по відношенню до оптимального планування роботи цехів є оптимізація діяльності заводу в цілому за економічним критерієм. Для цього розробляють математично-економічну модель цементного виробництва. Передбачається виконання робіт зі створення типових автоматизованих систем управління з визначенням найбільш економічних структур і подальшого їх поширення з постійно зростаючим обсягом впровадження систем автоматизації окремих агрегатів, ліній, а також засобів автоматизації інженерної та управлінської праці. [1]
Автоматизація обладнання дозволяє збільшити його продуктивність, скоротити витрати матеріалів, палива і енергії за рахунок більш раціонального їх використання, а також скоротити кількість обслуговуючого персоналу і зберігати якість продукції. Однак перш ніж приступити до розробки системи автоматичного управління, необхідно оцінити, що вона дає підприємству і всьому народному господарству, які критерії і методи повинні бути покладені в основу оцінки економічної ефективності автоматизації та, нарешті, якими мають бути системи автоматичного управління, щоб забезпечити максимальний економічний ефект.
Кожна автоматична система повинна бути оцінена з точки зору зручності і економічності її експлуатації. Автоматизація технологічних процесів приготування цементного клінкеру дозволяє різко підвищити культуру виробництва і продуктивність праці, забезпечити збереження якості нагріваються за рахунок точного витримування теплових режимів в процесі розігріву, а також забезпечити оптимальний витрата палива та електричної енергії.
1. http://www.twirpx.com/downloads.special.atpp.html. Мироненко А. В. «Автоматизація процесу сухого помелу цементного клінкеру в трубної кульової млині» // Розрахунково-пояснювальна записка до курсової роботи з дисципліни "Технічні засоби автоматизації" // СибАДИ, 2007 - С. 3 - 44.
2. Кочетов В.С. Автоматизація виробничих процесів у промисловості будівельних матеріалів: Підручник для технікумів / В.С. Кочетов, В.І. Кубанців, А.А. Ларченко та ін. / За редакцією В.С. Кочетова. - Изд. 3-е, перероблене.
3. Комар А.Г., Баженов Ю.М., Сулименко Л.М. Технологія виробництва будівельних матеріалів: Учеб. для вузів. - Изд. 2-е, перероблене і доповнене.
4. Максимова С.М., Дворянінова Н.В. Автоматика та автоматизація технологічних процесів при виробництві будівельних матеріалів, виробів та конструкцій: Методичні вказівки до виконання курсової роботи. - Братськ: ГОУ ВПО «БрДУ», 2005. - 81 с.
* - на схемі не показані