Автоматизация процесса обжига цементного клинкера

Цементный клинкер обжигают во вращающихся печах. Враща­ющаяся печь представляет собой теплообменный технологический аппарат в виде вращающегося со скоростью 0,5—1 об/мин ци­линдра, расположенного на опорах. Благодаря наклону (3—5% к горизонту) и вращению цилиндра па опорах сырьевой материал непрерывно перемещается в печи. Цилиндр вращается при помощи привода, устанавливаемого примерно посередине цилиндра.

Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть разделена на зоны сушки, подогрева, каль­цинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения. Сырьевая смесь, поступающая в печь, в зоне сушки нагревается до температуры мокрого термометра. Этот участок характеризуется конвективным теплообменом между дымовыми газами и шламом. Большая часть тепла расходуется на испарение физически свя­занной влаги. Материал переходит в пластичное состояние, а в кон­це зоны гранулируется. Зона подогрева характеризуется быстрым ростом температуры до 700° С и дегидратацией минералов сырье­вой смеси. В этой зоне происходит лучистый теплообмен между футеровкой и материалом, газом и материалом и регенеративный теплообмен через футеровку.

В следующей зоне — кальцинирования — при температуре 850—950° С протекает эндотермическая реакция декарбонизации СаС0₃ с выделением С0₂. Эту зону можно рассматривать в виде теплообменника с постоянной температурой потока. В зоне экзо­термических реакций и спекания протекают экзотермические ре­акции новообразований, что приводит к резкому подъёму темпера­туры материала до 1300° С. Затем происходит клинкерообразова-ние, причем возникающая жидкая фаза играет роль катализатора для образования трехкальциевого силиката при температуре 1400° С. Здесь поглощается большое количество тепла, при этом темпера­тура материала является постоянной по длине зоны. В зоне охлаж­дения температура клинкера снижается до 1000° С. Окончательно клинкер охлаждается в холодильниках.

Из краткого описания процессов, происходящих во вращаю­щейся печи, видно, что необходимым условием протекания процесса обжига клинкера является поддержание нужной температуры в определенных участках.

Автоматизация обжига клинкера во вращающейся печи, рабо­тающей на газовом топливе. Назначение системы автоматического регулирования состоит в обеспечении стабилизации качества об­жига и снижения расхода топлива при заданной производитель­ности. Иначе говоря, эта система предназначена для поддержания определенной температуры в различных зонах печи, а также температуры отходящих газов. Обязательным условием нормаль­ной работы системы является стабилизация входных параметров — питания печи шламом и давления газа. Для регулирования ука­занных величии в системе применены регуляторы температуры зоны кальцинирования и спекания, отходящих газов, а также регуляторы питания печи шламом и давления газа. При этом по­дача шлама в печь синхронизируется со скоростью вращения печи . Система автоматического регулирования настроена так, что действие каждого регулятора при появлении возмущения в пред­шествующей зоне сводится к своевременной компенсации отклоне­ния в процессе только до уровня, при котором существенно не на­рушается протекание процесса в последующей по ходу движения материала зоне печи.

В газопроводе давление газа перед диафрагмой расходомера стабилизируют регулятором давления прямого действия. Для обеспечения минимального расхода топлива в системе имеется блокирующая цепь, которая ограничивает расход газа в зависимо­сти от содержания кислорода в отходящих газах: если оно ниже предела, определенного условием полного сжигания топлива, то подача топлива не увеличивается; при повышении содержания кислорода в отходящих газах подача топлива не снижается.

В связи с тем, что непосредственно определить влажность ма­териала за цепной завесой при работе печи практически невозмож­но, о ней судят по косвенному показателю — температуре отхо­дящих газов. Путем стабилизации температуры отходящих газов поддерживают постоянство влажности материала на данном участ­ке печи. Эту температуру регулируют электронным потенциомет­ром. Установленная в пылеосадителыюй камере (за обрезом печи) термопара измеряет температуру отходящих газов, а показания термопары записывает потенциометр. В случае превышения тем­пературой допустимого предела регулятор воздействует на испол­нительный механизм, изменяющий величину открытия жалюзийных шиберов перед дымососом. Регулятор действует прерывисто, незначительно изменяя тягу и ожидая результат каждого своего действия, затем (при необходимости) снова изменяет тягу на незна­чительную величину, пока не установится необходимая темпера­тура. Диапазон изменения тяги ограничен: нижний предел регу­лирования устанавливают на основе минимально допустимой тяги в зоне спекания, а верхний определяют количеством (в %) допус­тимого уноса пыли.

В зоне кальцинирования температуру регулируют позицион­ным регулятором. Температура материала в этой зоне сохраняется в определенных пределах, причем материал поступает в нее подго­товленным, и требуется лишь незначительное изменение подачи топлива, чтобы получить хорошее качество обжига клинкера. В связи с этим позиционный регулятор начинает действовать только при понижении температуры материала ниже установленного предела. В зоне кальцинирования температуру измеряют термопа­рой, установленной в специальном кармане. Внутренняя поверх­ность кармана автоматически очищается скребками, имеющими вид двух полудуг, которые жестко скреплены с рычагом, находя­щимся снаружи кармана. При каждом обороте печи в карман по­ступает новая порция материала.

Термопару устанавливают в кармане так, чтобы при погруже­нии в материал ее показания соответствовали только температуре материала, так как при работе печи на термопару оказывают влия­ние факторы, искажающие показания: теплоотвод вдоль защит­ного чехла, снижающий показание, а также излучение футеровки и частиц пыли в газе, повышающие показание термопары.

Регулятор температуры зоны спекания обеспечивает в ней за­данный температурный режим и необходимый расход газа. Зона спекания является основной зоной печи — в ней происходит за­вершение процесса клинкерообразования. Для получения клинке­ра хорошего качества необходимо поддерживать в этой зоне опре­деленные температурные условия. Так как измерить истинную температуру материала в зоне спекания чрезвычайно трудно, то температуру материала определяют косвенно при помощи радиа­ционного пирометра. Пирометр воспринимает суммарное излуче­ние материала, футеровки и факела. Однако величину лучистой энергии, воспринимаемой радиационным пирометром, искажает пыль мелких частиц клинкера. Чем меньше пылевая завеса, тем более однозначно определяется пирометром состояние материала в зоне спекания.

Температуру в зоне спекания регулируют при помощи регу­лятора с жесткой обратной связью, который обеспечивает поддер­жание заданного соотношения между показаниями радиационного пирометра и расходом топлива. Регулятор управляет поворотной регулирующей заслонкой, установленной на газопроводе перед форсункой.

В системе автоматического' регулирования работы печи между работой регулятора температуры зоны кальцинирования и зоны спекания предусмотрена логическая связь. Если температура материала в зоне кальцинирования окажется ниже установленной нормы, то регулятор температуры в зоне спекания не может умень­шить подачу топлива в печь до тех пор, пока температура в зоне кальцинирования не войдет в норму. Для устойчивой и эффектив­ной работы системы автоматического регулирования необходимо строго соблюдать требования, предъявляемые к технологическому процессу, и, прежде всего к шламу и топливу.

Автоматизация вращающейся печи с циклонным теплообменни­ком, работающей по сухому способу производства. Экономичес­кая эффективность и простота вращающихся печей с циклонными теплообменниками выгодно отличают их от других типов печей, например от печей с конвейерными кальцииаторами.

Вращающаяся печь с циклонными теплообменника­ми состоит из циклопов, соединенных последовательно друг с другом и расположенных один над другим, вращающегося цилиндра и ко­лосникового холодильника. Сырьевая мука при помощи питатель­ных устройств подается в газоход перед циклоном; в газоходе сырье подхватывается идущим из печи газовым потоком и посту­пает в циклоны, в которых основная масса сырьевой муки осаждается. Осажденная часть сырья из этих циклонов возвращает­ся в газоход перед циклоном, где снова подхватывается газовым потоком и поступает в циклон. Осажденная в этом циклоне сы­рьевая мука поступает в газоход над циклоном и т. д. При про­хождении через циклоны сырье за счет тепла газового потока под­вергается сушке и частичной декарбонизации и по питательной течке поступает в печь. В печи, продвигаясь навстречу потоку горячих газов, сырье обжигается и выходит из нее уже в виде клинкера, имеющего температуру около 1100° С. Клинкер поступает в колосниковый холодильник.

После охлаждения клинкера часть нагревшегося в холодильнике воздуха поступает в печь, а часть, пройдя очистку в аспирационной установке, сбрасывается через выхлопную трубу. Осажденная в аспирационной камере пыль по течке поступает на клинкерный конвейер. Тепло выходящих из печи газов используют в циклонных теплообменниках. После циклонных теплообменников, дымовые газы. проходят осадительные циклоны и электрофильтры, в кото­рых очищаются от пыли, и далее выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Пыль из циклонов подается в печь шнеками, а из электрофильтров — пневмонасосами либо в отделение смесительных силосов, либо в печь. В печи с циклонными теплообменниками име­ются механизмы следующих трех групп: механизмы питания печи сырьевой мукой, обжига и охлаждения; тягодутьевые механизмы и механизмы пылеулавливания и транспортирования уловленной пыли. Для управления этими механизмами предусматривается ди­станционное управление с блокировкой со щита машиниста печи, являющееся основным видом управления, и местное управление (без блокировки), которым пользуются только при проведении на­ладочных и ремонтных работ. На период розжига печи предусмо­трено деблокированное управление отдельными механизмами печ­ного агрегата (в том числе главным приводом печи и вентилятором первичного воздуха). С деблокированного управления на блокиро­ванное переводят на ходу без остановки механизмов. Работа глав­ного привода печи сблокирована с работой системы смазки. Вспомо­гательный привод печи используют только при ремонтных работах. Для него применено местное управление.

Управляют встряхивающими механизмами электрофильтров и включают высоковольтные агрегаты электрофильтров со щита управления подстанции электрофильтров с одновременной сигна­лизацией об их работе на щите машиниста печи. При этом электроды электрофильтров встряхивают автоматически по заданной програм­ме в соответствии с режимом встряхивания.

При нарушении нормальной работы системы смазки автомати­чески включается резервный маслонасос. Если после включения резервного насоса нормальная работа смазки не восстанавливает­ся, то с выдержкой времени отключается электродвигатель привода печи. При превышении уровнем сырья в бункере заданного предела прекращается подача сырьевой муки из отделения смесительных силосов.

Для обеспечения нормальной работы агрегата имеется сигна­лизация: предпусковая звуковая; состояния механизмов (сигналь­ные лампы горят ровным светом при работе механизмов и не горят совсем при нормальной их остановке; при аварийной останов­ке лампы мигают); превышения температуры колосниковой решетки горячей зоны холодильника; превышения верхнего уровня сырья в бункере.