Система автоматического контроля и регулирования работы колосникового холодильника

К регулирующим воздействиям, используемым для управле­ния работой холодильника, относятся: изменения общего рас­хода воздуха, количества аспирационного воздуха и воздуха, вдуваемого вентилятором «острого» дутья, а также скорости движения колосниковых решеток и др.

Эти характеристики, наряду с другими параметрами работы колосникового холодильника, контролируются в большинстве своем средствами промышленной автоматики, но в ряде случаев специально разработанными устройствами. Основ­ные контролируемые параметры: температура вторичного воз­духа, давление в вентиляторе «острого» дутья, температура колосника первого ряда, расход общего воздуха, давление под решеткой в горячей камере холодильника, скорость решеток, давление под решеткой в холодной камере холодильника, температура клинкера на выходе из холодильника.

Рассмотрим два основных специализированных устройства контроля, разработанных в период создания системы автоматического контроля и регулирования.

Устройство контроля температуры вторичного воздуха. Од­ним из наиболее важных показателей работы колосникового холодильника является температура вторичного воздуха, посту­пающего в печь. Трудность измерения этой температуры объяс­няется наличием помех от посторонних излучателей (раскаленный клинкер на обрезе печи, раскаленная футеровка печи, за­пыленность вторичного воздуха).

Контроль температуры вторичного воздуха производится с помощью отсасывающего термоэлектрического преобразователя. Принцип его работы состоит в следующем. Воздух из шахты холодильника просасывается со скоростью 50—70 м/с мимо спая электродов. Двойное экранирование спая от излучателя и большая скорость просасывания воздуха практически исклю­чают влияние лучистого теплового потока на сигналы термо­электрического преобразователя.

Рис 1. Отсасывающая термопара ТГОС-2

1-первый экран; 2- второй экран; 3-защитная трубка; 4- патрубок; 5-соединительные ребра; 6- отросток для измерения разрежения; 7- спай термоэлектродов;

Как видно из рисунка, термоэлектроды в месте спая защищены двумя концентрическими экранами. Материал экранов- жаропрочная сталь марки Х20Н80Т(ЭИ-435). Для просасывания воздуха мимо спая наружная труба термоэлектриче­ского преобразователя присоединена к источнику, создающему разрежение. Для получения скорости протекания воздуха в от­сасывающем термоэлектрическом преобразователе 50—70 м/с достаточно, чтобы падение разрежения на нем составляло 250—300 кгс/м² (25—30 МПа).

Периодический контроль величины разрежения во всасываю­щем патрубке осуществляется по U-образному манометру. Из­мерение разрежения производится при работе термоэлектриче­ского преобразователя, когда через него просасывается воздух. В качестве источника разрежения может быть использован всасывающий патрубок вентилятора «острого» дутья, если он может создать нужное разрежение. Для этого патрубок термо­электрического преобразователя с помощью переходника под­ключается к всасывающему патрубку вентилятора и измери­тельному прибору. Если вентилятор «острого» дутья не обеспе­чивает нужного разрежения, то следует использовать эжектор, работающий от сжатого воздуха.

При нормальной работе термоэлектрического преобразова­теля наружный кожух должен быть горячим. Охлаждение его является признаком засорения термоэлектрического преобразо­вателя пылью, просасывающейся через него со вторичным воз­духом. Для очистки термоэлектрического преобразователя следует продуть его сжатым воздухом. Периодичность очистки за­висит от запыленности вторичного воздуха.

В связи с тем, что температура вторичного воздуха в различ­ных точках сечения шахты при одном и том же режиме раз­лична, необходимо выбрать такое место установки термоэлект­рического преобразователя, где бы температура была наиболее близка к среднему значению температуры по всему сечению

шахты.

На основании экспериментальных исследований можно ре­комендовать установку термоэлектрического преобразователя в горизонтальном сечении шахты на 1 —1,5 м ниже порога печи, примерно посредине длины шахты (вдоль оси печи) на глубину 0,5—1 м со стороны, противоположной падению клинкера с обреза печи. В этом случае отклонение измеренной температуры от средней по всему сечению шахты не будет превышать ±50 °С для разных режимов.

Устройство контроля расхода воздуха. Измерение расхода воздуха общего дутья производится при помощи мультиплика­тора, представленного на рис. 2.

Рис.2. Мультипликатор

1- полное давление; 2- искусственно созданное статическое давление;

При измерении расхода воздуха в воздухопроводе мульти­пликатором в измерительной трубке создается местное суже­ние. Здесь скорость протекания воздуха повышается по сравне­нию со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии в суженном сечении вы­зывает уменьшение потенциальной энергии потока. Соответ­ственно и статическое давление в этом сечении будет меньше, чем в сечении до дроссельного устройства. Воздушный поток, входя в сужающуюся часть насадки, ускоряется, в связи с чем статическая составляющая давления быстро уменьшается.

Отбор статического давления происходит в суженной части описываемого устройства, где статическая составляющая дости­гает своего минимума. Поскольку величина полного давления измеряется в невозмущенной части потока, перепад между пол­ным давлением и искусственно созданным статическим давле­нием оказывается больше динамической составляющей потока. Данная пневмометрическая трубка является измерительным элементом с индивидуальной тарировкой.

Мультипликатор устанавливается па прямом участке возду­хопровода, не имеющем местных сопротивлений, так, чтобы ра­бочая часть мультипликатора располагалась в центре воздуш­ного потока.

Для измерения перепада давлений, пропорционального рас­ходу, применяются стандартные дифференциальные тягомеры. Рассмотрим одну из наиболее часто встречаемых на заводах систем автоматического контроля и регулирования процесса ох­лаждения клинкера в колосниковых холодильниках. Назначение системы — автоматическое управление работой холодильника, при котором обеспечивается охлаждение клинкера до задан­ной температуры, увеличивается количество вводимого тепла в печь с вторичным возду­хом при одновременной его стабилизации, уменьшается расход электроэнергии, уве­личивается срок службы холодильника и облегчается труд обслуживающего пер­сонала.

Схема регулирования со­стоит из трех систем (рис.3): системы стабилизации расхода воздуха общего дутья с воздействием па направляющий аппарат вен­тилятора общего дутья и с коррекцией по температуре неподвижного колосника; системы регулирования давления воздуха под колос­никовой решеткой горячей камеры холодильника с воз­действием на число ходов решетки; системы стабилизации разрежения в горячей головке печи с воздействием на направляющий аппарат дымососа аспирационной установки.

Рис. 3. Функциональная схема регулирования колосникового холодильника.

Тв.в. - температура вторичного воздуха; Рг.п.- разрежение в горячей головке печи; Тк - температура колосника; Рр - давление под решеткой; Ткл - температура клинкера; Qв - расход общего воздуха; nр- скорость движения решетки; Р1- регулятор общего расхода воздуха; Р2- регулятор скорости движения решетки; Р3- регулятор температуры колосника; Р4- регулятор аспирационнго отбора; ИМ- исполнительный механизм; Г- генератор; М- двигатель;

Рассмотрим работу каждой системы регулирования от­дельно.

Регулирование расхода воздуха общего дутья. Система ста­билизации расхода воздуха общего дутья является основной си­стемой регулирования. При изменении грануляции клинкера или толщины слоя клинкера на решетке количество воздуха не остается постоянным: при мелком клинкере или большом слое расход воздуха уменьшается, при крупном клинкере или неболь­шом слое - увеличивается. Система стабилизации расхода воз­духа общего дутья поддерживает этот расход постоянным.

В разработанной системе расход воздуха измеряется непо­средственно. Перепад, создаваемый на мультипликаторе, по­дается на дифференциальный тягомер, где преобразуется в электрический сигнал, поступающий на регулятор. Схема осу­ществляет астатическое регулирование. Исполнительный меха­низм воздействует на направляющий аппарат общего дутья.

Важным параметром работы холодильника является темпе­ратура колосника. Она не должна превышать заданного значе­ния. В противном случае ее необходимо быстро снизить (до установленного значения), увеличив расход воздуха общего и «острого» дутья. В схеме это осуществлено путем коррекции за­дания регулятора общего расхода в зависимости от темпера­туры колосника Тк. В случае нагрева колосника выше задан­ной температуры замыкается контакт позиционного регулятора, встроенного в электронный потенциометр, регистрирующий Тк, который в свою очередь замыкает цепь реле. Последнее своим замыкающим контактом подключает к измерительному мосту ре­гулятора сопротивление. Уменьшение задания происходит только после снижения Тк до заданного значения.

Для более интенсивного охлаждения колосника в случае уве­личения его температуры выше заданной увеличивается расход воздуха «острого» дутья.

В случае засорения минусовой импульсной трубки мультип­ликатора (при работающей автоматике) регулятор может зак­рыть направляющий аппарат вентилятора общего дутья до оста­новки двигателя исполнительного механизма конечным выклю­чателем, в результате создается такое положение, когда воз­духа, поступающего в печь, будет недостаточно для сгорания топлива. Поэтому настройке нижнего путевого выключателя следует уделить особое внимание.

Направляющий аппарат вентилятора общего дутья должен оставаться всегда открытым настолько, чтобы воздуха, нагне­таемого вентилятором в печь, хватало для сгорания топлива. Величину минимального открытия определяют следующим обра­зом. В течение пяти-семи смен находят пределы регулирования направляющего аппарата по дистанционному указателю по­ложения при работе регулятора, затем выставляют путевой выключатель на значение, соответствующее минимальному пределу регулирования. После установки путевого выключателя необходимо проверить, достаточно ли воздуха для сгорания максимально допустимого количества топлива, подаваемого в печь.

Определение исходных данных для настройки регулятора производится отдельно для каждого холодильника. Величина пульсации расхода общего дутья Qобщ. д не должна превышать ±2,5 мм вод. ст.

Настроечными параметрами регулятора являются: среднее значение расхода воздуха, зона нечувствительности, цена деления задатчика, время изодрома, скорость обратной связи и дли­тельность импульса.

Выше уже было сказано, что одной из основных задач си­стемы регулирования является улучшение теплосъема с клин­кера и охлаждение его до определенной температуры.

Увеличение теплового КПД холодильника происходит при рациональном снижении количества воздуха, проходящего через него. Однако для уменьшения температуры клинкера необхо­димо увеличивать количество воздуха, подаваемого в холодиль­ник. Начиная с некоторого значения Qобщ.д. температура клин­кера не снижается. Это объясняется тем, что на горячей решетке клинкер отдает максимальное количество тепла с поверхности, а затем перемешается па холодную решетку, под которую воз­дух почти никогда не подается (даже если воздух и подается под холодную решетку, то в печь он не идет, а отбирается ды­мососом аспирации).

Таким образом, увеличение расхода воздуха сверх опреде­ленного значения не дает эффективного результата. Дальнейшее снижение температуры клинкера достигается уменьшением ско­рости решетки. Но уменьшение скорости решетки может со­провождаться ростом температуры колосников, поэтому сред­нее значение расхода воздуха выбирается при минимально до­пустимой скорости решетки достаточным для охлаждения круп­ного клинкера.

Остальные настроечные параметры регулятора определяются аналогично описанному ранее.

Регулирование давления воздуха под колосниковой решет­кой горячей камеры холодильника. При регулировании общего расхода воздуха обеспечивается стабилизация его количества, проходящего через слой охлаждаемого материала. Это дает воз­можность подавать минимальный объем воздуха, определяемый из условий работы печи.

Количество тепла, возвращаемого в печь со вторичным возду­хом при стабилизации общего расхода, определяется толщиной слоя клинкера на решетке, крупностью его и температурой. Оче­видно, чем мельче клинкер, тем быстрее он отдает тепло воздуху, и наоборот. Следовательно, для того чтобы крупный клинкер больше отдал тепла, его надо задержать на решетке; мелкий клинкер можно транспортировать быстрее. Давление в у подрешеточном пространстве горячей камеры используется в качестве косвенного параметра, характеризующего сопро­тивление слоя, зависящее от крупности клинкера и толщины слоя.

В разработанной системе для улучшения теплоиспользования холодильника применяется статический (пропорциональный) ре­гулятор, воздействующий на скорость движения решетки с жест­кой обратной связью по положению регулирующего органа, ко­торый управляет числом ходов решетки.

Давление под решеткой горячей камеры холодильника из­меряется дифференциальным тягомером, где преобразуется в электрический сигнал, подаваемый на один из мостов регуля­тора. Обратная связь осуществляется от индукционного датчика, встроенного в регулятор возбуждения генератора двигателей решеток холодильника.

Величина пульсации давления под горячей решеткой не должна превышать 10 % от диапазона изменения. Настроечными параметрами регулятора являются: выбор соотношения под ре­шеткой горячей камеры Рг.к. и скорости решетки холодильника Vp, зона нечувствительности, цена деления задатчика, скорость обратной связи, длительность импульса, время изодрома.

Выбор соотношения Рг.к. и Vp должен осуществляться с уче­том улучшения теплосъема клинкера, находящегося на решет­ках холодильника. Косвенным параметром, характеризующим съем тепла, является температура вторичного воздуха Тв.в. При постоянном количестве клинкера на решетке и постоянном рас­ходе воздуха через холодильник величина Тв.в. будет меняться в зависимости от гранулометрии клинкера и скорости движения решетки холодильника Vp.Поэтому для выбора отношения Рг.к.и Vpнеобходимо установить зависимость температуры вторич­ного воздуха:

Тв.в.= f(Vp.) при Qобщ.д=const

для крупного, среднего и мелкого клинкера.

Установлено, что для стабилизации Тв.в. выгодно менять ско­рость движения решетки холодильника в зависимости от грану­лометрии клинкера. Для введения коррекции по гранулометрии клинкера следует пользоваться косвенными параметрами, харак­теризующими гранулометрию. Одним из них является давление в подрешеточном пространстве горячей камеры.

Исходя из вышеизложенного, надо установить зависимость давления в горячей камере холодильника от гранулометрии клинкера на решетке d:

Рг.к.= f(d) при Qобщ.д=const и Vp=const

Рассматривая указанные зависимости, можно сделать вывод, что для стабилизации Тв.в. следует поддерживать определенное соотношение давления под решеткой горячей камеры и скорости движения решетки холодильника, т. е. соблюдать зависимость Рг.к.=f(Vp). Последняя выбирается в результате анализа гра­фиков зависимостей Тв.в.= f(Vp.) и Рг.к.= f(d) снятых при разных скоростях движения решеток. Верхний и нижний пре­делы скорости решетки определяются паспортными данными холодильника.

Пределы давления в подрешеточном пространстве находят при стабилизированном расходе общего дутья: верхний пре­дел-при мелком клинкере, нижний -при крупном. По графику зависимости Рг.к.=f(Vp). производят настройку регулятора. Зависимость Рг.к.=f(Vp) в схеме реализуется при помощи об­ратной связи от индукционного датчика, встроенного в регуля­тор возбуждения.

Настройка индукционного датчика заключается в том, что при средней скорости движения решетки холодильника доби­ваются равенства напряжений на обеих обмотках индукционного датчика. Для выбора положения ручек настройки устанавли­вают зависимости напряжения на выходе измерительного блока от значений регулируемого параметра для первого и второго мостов регулятора, образованных подключением датчиков к из­мерительным обмоткам трансформатора, при разных положе­ниях ручки чувствительности. По установленным зависимостям строят характеристики.

Из полученной зависимости Рг.к.=f(Vp) выбирают статизм:

δ=Δ Рг.к./ Δ Vp

Задавшись указанными соотношениями, из построенных ха­рактеристик выбирают соответствующие чувствительности мо­стов измерительной схемы регулятора.

Допустим, что нами установлено: изменение давления под решеткой от Р1 до Р2 д олжно соответствовать изменению ско­рости движения решетки от V1 до V2. При выборе рабочих ха­рактеристик надо руководствоваться тем, что разность напря­жений на выходе с первого моста при изменении давления от Р1 до Р2 должна равняться разности напряжений на выходе со второго моста при изменении скорости решетки от V1 до V2.

Регулирование разрежения в горячей головке печи. Система предназначена для поддержания постоянного разрежения в го­рячей головке печи, что позволяет сократить количество подса­сываемого через эту головку холодного воздуха, а следова­тельно, способствует повышению температуры воздуха, посту­пающего в печь, улучшению условий работы машиниста.

Стабилизация разрежения в горячей головке печи осуществ­ляется путем воздействия на направляющий аппарат дымососа аспирации. Сигнал от дифманометра поступает на регулятор РП, настроенный таким образом, чтобы разрежение поддержи­валось в заданных пределах.

Величина пульсации разрежения в горячей головке не дол­жна превышать 20—40 Па. Параметрами настройки являются: минимальное значение разрежения; зона нечувствительности; цена деления задатчика; скорость обратной связи и. длитель­ность импульса.

Минимальное значение разрежениявыбирается таким, при котором не происходит выбросов факела из печи и нет излиш­ней запыленности.

В настоящее время, наряду с рассмотренной системой, на некоторых цементных заводах отрабатывается другая система автоматического контроля и регулирования процесса охлажде­ния клинкера в колосниковых холодильниках. Она состоит из следующих контуров:

регулирования расхода общего воздуха по суммарному из­менению температур первой колосниковой решетки и клинкера;

регулирования скорости решеток по максимуму одного из следующих параметров сопротивления слоя клинкера на пер­вой колосниковой решетке, температуры колосниковой решетки, тока двигателя решетки горячей камеры;

регулирования положения шиберов на воздуховодах горячей и холодной камер по изменению температур первой колоснико­вой решетки и клинкера на выходе холодильника;

стабилизации разрежения в горячей головке печи путем из­менения положения шибера перед аспирационным дымососом.