Меню Услуги

Автоматизация температурного процесса сушки

Страницы:   1   2   3   4

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут!Без посредников!

Содержание

  • Введение
  • 1.Описание и анализ объекта автоматизации
  • 1.1 Описание технологического процесса
  • 1.2 Характеристика производимой продукции
  • 1.3 Технологический регламент
  • 1.4 Характеристика основного технологического оборудования
  • 1.5 Свойства процесса как объекта управления
  • 1.6 Теплотехническое обоснование
  • 2.Разработка САУ температуры газов на входе сушильного барабана
  • 3.Выбор технических средств разработанной САУ температуры газов на входе сушильного барабана
  • 3.1 Датчики и исполнительные механизмы
  • 3.2 Программируемый логический контроллер
  • 3.3 Блок-схема компьютерно-технических средств системы автоматизации
  • 4.Описание математической модели объекта управления
  • 4.1 Общие сведения
  • 4.2. Идентификация объекта управления по каналу «– температура газов на входе сушильного барабана»
  • 5.Расчет настроек регулятора разработанной САУ температуры газов на входе сушильного барабана
  • 5.1 Алгоритмическая схема САУ температуры газов
  • 5.2 Определение параметров настройки САУ температуры газов
  • 6.Исследование качества управления разработанной САУ температуры газов на входе сушильного барабана
  • 7.Разработка функциональной схемы автоматизации температурного режима процесса сушки в сушильном барабане
  • 8.Разработка функциональной схемы САУ температуры газов на входе сушильного барабана
  • Заключение
  • Список литератур

 

Введение

 

В данной работе рассмотрены вопросы, связанные с автоматизацией температурного режима процесса сушки апатито-нефелинового концентрата в сушильном барабане АО «Апатит». При автоматизации температурного режима процесса сушки особое внимание необходимо уделять системе автоматического управления (САУ) температуры газов на входе сушильного барабана. Реализация данной САУ может быть выполнена в рамках модернизации действующей производственной установки.

 

1. Описание и анализ объекта автоматизации

 

1.1. Описание технологического процесса

 

ФСПО АНОФ-2 объединяет технологические процессы обезвоживания (фильтрация и сушка) пульпы, поступающей из главного корпуса, погрузки высушенного концентрата в силосные банки и технологический процесс очистки отходящих газов. Таким образом, корпус подразделяется на три отделения: фильтрации, сушки и газоочистки.

Процесс сушки осуществляется на 11-и идентичных технологических нитках. На рис. 1.1 представлена технологическая схема одной нитки ФСПО АНОФ-2.

Пульпа из центрального пульподелителя (ЦПД) подается в секционный пульподелитель и оттуда распределяется по вакуум-фильтрам (5-6 на нитку). Полученный в вакуум-фильтрах кек с влажностью 10-12% с помощью ленточного конвейера (КЛ) сбрасывается в загрузочную камеру сушильного агрегата, который состоит из топки и сушильного барабана. Сушильным агентом являются газы, образованные в топке при сжигании высокосернистого мазута в среде, создаваемой первичным воздухом. Транспортировка сушильных газов осуществляется дымососом, создающим необходимое для их движения разрежение по тракту их следования. Для охлаждения свода печи в топку подается вторичный воздух.

Сушка кека производится в сушильных барабанах диаметром 3.5 м и длиной 27 м. Сушильный барабан имеет уклон по оси в сторону разгрузочной камеры, благодаря чему при его вращении со скоростью 4.5 об/мин. материал внутри барабана, пересыпаясь с полки на полку, перемещается по длине барабана в сторону разгрузочной камеры. Высушенный материал с Wк=1-1.5% через разгрузочную камеру подается по сборному конвейеру (КС) на силосный склад, где реверсивным конвейером (КР) распределяется по силосным банкам (три на каждый агрегат), откуда загружается в железнодорожные вагоны.

Отходящие газы на выходе из сушильного барабана очищаются от пыли в батарейных циклонах, электрофильтрах и водяных скрубберах, после чего выбрасываются в атмосферу. Вода, подаваемая в скруббера, смешивается с каустиком для нейтрализации стоков.

 

1.2 Характеристика производимой продукции

 

Апатитовый концентрат является основным продуктом обогащения апатито-нефелиновой руды и представляет собой кристаллический порошок серого цвета, содержащий 95-97% чистого минерала апатита, имеющий удельный вес 3,15-3,20 т/м3. Апатитовый концентрат выпускается согласно техническим требованиям ГОСТ 22275-90.

Примерный минералогический состав апатитового концентрата, %:

апатит                                                                                 94,5-95,8

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут! Без посредников!

нефелин                                                                              2,1-3,0

полевой шпат                                                                      0,1-0,2

эгирин                                                                                 0,2-0,5

сфен                                                                                   0,4-0,7

титаномагнетит                                                                   следы

Апатитовый концентрат применяется как высококачественное сырье для производства фосфорсодержащих минеральных удобрений, элементарного фосфора, фосфорной кислоты и других фосфорных соединений.

Апатитовый концентрат отличается от других фосфатов постоянством состава, повышенным содержанием пятиокиси фосфора, малым содержанием окиси магния, органики, хлора, кадмия, мышьяка, тяжелых металлов, что, в конечном итоге, предопределяет его технологичность при переработке и экологическую чистоту. Он содержит также фтор, окиси стронция и редкие земли, которые могут выделяться при переработке в отдельные продукты. Его химический состав в 1998 г. сертифицирован немецкой компанией «TUV Suddeutschland Standard UPZ».

Рис. 1.1 – Технологическая схема одной нитки ФСПО АНОФ-2

1.3 Технологический регламент

 

В таблице 1.1 сведена информация о контроле производства и управлении технологическим процессом.

В таблице 1.2 сведена информация об аналитическом контроле производства.

Наименование стадий процесса, места измерения параметров Контролируемый параметр Частота и способ контроля Норма и технический показатель Метод испытания и средство контроля. Погрешность результатов измерений не превосходит Кто    контролирует.
Сушка апатитового концентрата

 

Влажность концентрата после сушильных барабанов Непрерывно, автоматически Зима 0,5¸1,5 % влаж.

Лето 1,0-2,0 % влаж.

Влагомер-АСУ 0,2 % влаж. Оператор, АРМ оператора
Давление мазута на входе в топку Непрерывно, автоматически 0,2 МПа

(0,05-0,2)

Измерительный преобразователь давления-АСУ 10 кПа
Мощность двигателя Непрерывно, автоматически 0-100 % Измерительный преобразователь тока, нормирующий преобразователь-АСУ 1 % Оператор, АРМ оператора
Массовый расход мазута Непрерывно, автоматически 1260 кг/час

(1050-1500)

Расходомер-АСУ 20 кг/час
Разрежение в разгрузочной камере Непрерывно, автоматически 0,20-0,25 кПа Измерительный преобразователь давления-АСУ 0,005 кПа

 

Разрежение в топке 0,03-0,1 кПа Измерительный преобразователь давления-АСУ 0,002 кПа

 

Расход воздуха вентиляторов ВДВ Непрерывно, автоматически 3000-8000 м3/час Измерительный преобразователь давления-АСУ 150 м3/час
Расход воздуха вентиляторов ВД 11000-30000 м3/час Измерительный преобразователь давления-АСУ 300 м3/час

 

Температура в топке Непрерывно, автоматически 900-1200  °С Датчик температуры, нормирующий преобразователь-АСУ 1,5 °С

 

Температура газов после сушильных барабанов 110 °С

(90-130)

Датчик температуры-АСУ
Сушка апатитового концентрата

 

Температура концентрата после сушильных барабанов Непрерывно, автоматически

 

 

не более 80 °С Датчик температуры, нормирующий преобразователь температуры-АСУ

 

 

1,5 °С

 

Оператор, АРМ оператора
Температура мазута 95-115 °С
Температура газов перед сушильными барабанами 900-950 °С

Таблица 1.1 – Контроль производства и управление технологическим процессом

Сухой апатитовый концентрат после сушильных барабанов. Массовая доля Р2О5 Ручной отбор проб 1 раз в час, общий анализ по всем работающим с/барабанам. Анализ по каждому барабану 1 раз в 4 часа. Стандартный не менее  39,00 %,

 

Химический анализ трилонометрическим методом.

 

0,2 %

 

Начальник смены, диспетчер фабрики.

 

Ручной отбор проб 1 раз в час. Анализ 1 раз в 2 часа. «Супер» – не менее 40,0 %
Массовая доля класса +0,16 мм Анализ общий по всем барабанам 1 раз в час и среднесменный.  Стандартный — не более 13,5 % Метод сухого рассева. 1,5 % Начальник смены, диспетчер фабрики.

 

Анализ 1 раз в час и среднесменный. «Супер» – не менее 32,0 %
Массовая доля влаги

 

 

Анализ 1 раз в час по каждому барабану и общий анализ по всем с/барабанам. Среднесменный (расчет)  Май-сентябрь- 1,0-2,0 %Остальные месяцы- 0,5-1,5 % Влагомеры.

 

0,15 %

 

 

 

Начальник смены, оператор с/б, диспетчер фабрики

 

Готовый апатитовый концентрат (погрузка) Массовая доля

Р2О5

Автоматический отбор проб 1 раз в 5 минут.

Анализ 1 раз в час.

 

 

Стандартный — не менее  39,0 %;

«Супер» – не менее 40,0%

Химический анализ титриметрическим висмутатным методом 0,3 %

 

Начальник смены, мастер ОП, диспетчер фабрики.

 

 

 

Массовая доля класса +0,16 мм Стандартный — не более 13,5 % ;
«Супер» – не менее 32,0 %
Метод сухого рассева.

 

1,50 %

 

Массовая доля влаги Май-сентябрь- 1,0-2,0 %

Остальные месяцы-0,5-1,5 %

Анализатор влажности МА 30 фирмы «SARTORIUS». 0,15 %

Таблица 1.2 – Аналитический контроль производства

1.4 Характеристика основного технологического оборудования

 

Газовые барабанные сушилки предназначены для сушки любых продуктов обогащения независимо от их крупности и начальной влажности. В качестве сушильного агента применяют продукты сгорания топлив. Барабанные сушилки изготовляются с диаметром барабана 0,5-3,5 м и длиной от 2,5 до 27 м.

Для сушки концентратов и минерального сырья применяют, как правило, прямоточные барабанные сушилки с прямым теплообменом, а сушилки с косвенным теплообменом применяют для предотвращения загрязнения или изменения цвета сушимого материала.

Барабанная сушилка прямого действия (рис. 1.2) состоит из сварного сушильного барабана с насаженными на него двумя бандажами, посредством которых барабан, опираясь на опорные ролики, вращается вокруг своей оси.

Вращение барабана осуществляется при помощи зубчатого обода, укрепленного на барабане и находящегося в зацеплении с шестерней привода.

Рис. 1.2 – Барабанная газовая сушилка
1 – барабан; 2 – зубчатый обод; 3 – электродвигатель; 4 – редуктор; 5 – бандажи; 6 – опорные ролики; 7 – насадка.
Система насадок: б – периферийная; в – секторная.

С торцов к барабану примыкают с одной стороны топка со смесительной камерой и загрузочное устройство, а с другой – разгрузочная камера для высушенного материала.

Барабан устанавливают на роликах с уклоном 1 — 50 в сторону разгрузки высушенного материала.

Для устранения возможности продольного перемещения барабана по наклонной плоскости предусмотрены упорные ролики. На стороне загрузки материала в барабан установлено кольцо, препятствующее просыпанию материала, а на стороне выгрузки имеется подпорное устройство для увеличения заполнения барабана материалом.

Внутри барабана устанавливают насадки для лучшего заполнения его сушимым материалом и перемешивания материала. Внутренняя часть барабана оборудована лопастями (рис. 1.2, б). При вращении барабана они захватывают материал и рассыпают его тонкими параллельными каскадами (струйками), занимающими все пространство барабана. Горячие газы между каскадами падающего материала непосредственно соприкасаются с влажными поверхностями его частиц. Часть материала остается на дне барабана и подвергается другому способу теплообмена, в отличие от материала, который ссыпается в виде каскадов. Число каскадов, образующихся в сушильном барабане, зависит от числа и форм лопастей.

Периферийная система (рис. 1.2, б) применяется для крупнокусковых материалов и материалов, обладающих плохой сыпучестью. Секторная насадка (рис. 1.2, в) используется для крупнокусковых материалов с большой плотностью.

Дымовые газы поступают в сушильный барабан в виде газовоздушной смеси и проходят вдоль барабана в разгрузочную камеру, откуда они вентилятором подаются в очистные от пыли устройства и затем выбрасываются в атмосферу или частично направляются обратно в процесс сушки для использования их тепла.

Вместе с дымовыми газами в сушильный барабан поступает также сушимый материал, который действием потока газов при вращении барабана продвигается вдоль барабана в направлении разгрузочной камеры.

Тепло, необходимое для сушки, передается материалу непосредственно путем соприкосновения газов с ним через поверхность падающих со скребков частиц, от нагретых поверхностей насадочных устройств при соприкосновении с ними материалов.

Перед сушильным барабаном установлена топка с цепной решеткой, на которой происходит сжигание топлива. Сюда дутьевым вентилятором подается воздух в слой топлива для его горения. Для разжигания топки предусмотрена растопочная труба, по которой дымовые газы во время растопки отводятся в атмосферу. Через трубу производится также аварийный выброс газов топки при остановке сушилки. Через каналы в боковых стенках топки от дутьевого вентилятора подводится воздух для понижения температуры топочных газов. Таким образом, верхняя часть топки является и камерой смешения.

Марка сушильного барабана СБ-3,5-27-ЛС
Содержание влаги в исходном питании, % до 13,5
Производительность (достигнутая), т/час: 90
Влажность концентрата после сушки, % 1,0±0,5
Размеры, м Диаметр 3,5, длина 27
Угол наклона, ° 3
Мощность двигателя, кВт 200, имеет 3 скорости вращения: 750, 1000, 15000 об/мин
Скорость вращения сушильного барабана, об/мин

При 750 – 3, при 1000 – 7, при 1500 – 9.

 

Для обеспечения полного сгорания мазута в сушильном барабане применяется система регулирования подачи воздуха. Основным элементом которой является вентилятор (рис. 1.3). Он подбирается с учетом двух основных параметров: производительности, то есть количества прокачиваемого воздуха и полном давлении.

Рис. 1.3 – Схема вентиляторной установки

Рабочее колесо состоит из ступицы 1, основного диска 2, рабочих лопаток 3 и переднего покрывающего диска (кольца) 4. Основной диск приваривается или приклепывается к ступице, изготовленной из стали или чугуна. Рабочие лопатки крепятся к основному и покрывающему дискам, образуя рабочее колесо. Лопатки обычно изготовляются из листовой конструкционной стали толщиной 2-8 мм. Рабочее колесо, посаженное на вал 5, помещается в спиральный кожух 6, сваренный или склепанный из листовой стали и выполняющий роль направляющего устройства. Кожух имеет два патрубка: входной 7 (обычно круглого сечения) и выходной 8 прямоугольного или круглого сечения. Кожухи крупных вентиляторов устанавливаются на самостоятельных опорах, а кожухи малых вентиляторов крепятся на станинах.

Для присоединения выходного патрубка к напорному трубопроводу применяется плавный переход – диффузор. В нем, также как и в спиральном кожухе, часть динамического напора преобразуется в статическое давление.

Станина 9 центробежного вентилятора служит основанием для подшипников 10 и может служить опорой для кожухов малых вентиляторов. Станина отливается из чугуна или сваривается из сортовой стали.

Центробежные дутьевые вентиляторы одностороннего всасывания, ВДН-22 изготовлены по аэродинамической схеме МО ЦКТИ 0,7-160-II и предназначены для подачи чистого воздуха в топки стационарных паровых котлов и технологических установок других отраслей.

Дутьевые вентиляторы предназначены для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30°С и не выше +40°С; максимально допустимая температура перемещаемой среды на входе в вентиляторы +200°С. Дутьевые вентиляторы рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе (вне помещения под навесом) в условиях умеренного климата (климатическое исполнение У, категория размещения 2, ГОСТ 15150-69). Допустимая температура окружающего воздуха не ниже -30°C и не выше +40°C. Улитка вентиляторов дутьевых изготовляется с углом разворота от 0° до 270° через каждые 15°, при этом ребра улитки, мешающие установке, подрезаются. Дутьевые вентиляторы применяются в системах вентиляции и кондиционировании воздуха котельных, литейных цехов, ТЭЦ, ГРЭС.

В таблице 1.4 приведены технические характеристики дутьевого вентилятора ВДН-22.

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут!Без посредников!

Таблица 1.4 – Технические характеристики вентилятора ВДН-22.

Мощность двигателя, кВт Частота вращения, мин-1 Производительность, м3/час Полное давление, Па Масса без двигателя, кг
250 1000 210000 340 7060

1.5 Свойства процесса как объекта управления

 

Сушильный барабан относится к классу объектов, характеризуемых большими емкостями с распределенными параметрами и значительными транспортными запаздываниями. Он работает как теплообменник, в котором должна быть обеспечена передача тепла от газа к материалу, и как транспортное устройство, которое должно пропускать заданное количество материала. Принцип сушки прямоточный, процесс работы непрерывный.

Из динамических характеристик сушильного барабана, полученных экспериментально, видно, что это объект с ярко выраженными распределенными свойствами по длине барабана. Такие объекты описываются дифференциальными уравнениями с частными производными типа:

 

Для практических расчетов считают, что барабан описывается обычными дифференциальными уравнениями, коэффициенты которых представляют собой сосредоточенные параметры системы.

Рассмотрим, какими именно входными и выходными параметрами характеризуется сушильный барабан, как объект автоматического управления, характеризуется следующими параметрами.

Входные параметры:

  • количество поступающего кека ;
  • влажность кека ;
  • гранулометрический состав кека ;
  • расход мазута ;
  • расход первичного воздуха ;
  • расход вторичного воздуха ;
  • температура воздуха ;
  • калорийность топлива ;
  • частота вращения барабана ;
  • положение заслонки дымососа ,
  • температура газов, входящих в барабан .

Выходные параметры:

  • производительность барабана по концентрату ;
  • влажность концентрата ;
  • температура в топке ;
  • разряжение в топке ;
  • температура отходящих газов;
Рис. 1.4 – Входные и выходные параметры сушильного барабана

 

Основные возмущающие воздействия для сушильного барабана – влажность кека, производительность по кеку, температура воздуха и газов входящих в барабан.

Управляющими воздействиями могут служить расход топлива и расход вторичного воздуха. Использовать в качестве управляющего воздействия расход кека затруднительно вследствие отсутствия промежуточной емкости и неравномерного поступления его с вакуум-фильтров и большой влажности, а управление частотой вращения барабана трудно реализуемая задача в связи со сложностью установки регулируемого привода.

Тогда на основе вышеизложенного приведем уточнение входных, выходных параметров и возмущающих воздействий сушильного барабана (рис. 1.5).

Рис. 1.5 – Основные возмущающие и управляющие воздействия

 

Производят регулирование следующих управляемых параметров:

  • влажности высушенного продукта;
  • соотношения мазут – воздух;
  • температуры газов на выходе из сушильного барабана путем изменения подачи топлива;
  • температуры газов на входе в сушильный барабан, за счет изменения количества подсасываемого в топку вторичного воздуха.

 


Страницы:   1   2   3   4