ГЛАВА XII

ГЛАВА XII

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕЗАВОДСКИХ УСТАНОВОК

§ XIII. КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рассмотрим процесс получения пара с заданными параметрами в котельной, работающей на газовом топливе и оборудованной при­борами системы «Кристалл». Газ от газораспределительного пункта поступает в топку котла, где сгорает, выделяя соответствующее коли­чество тепла. Воздух, необходимый для горения топлива, нагнета­ют дутьевым вентилятором в воздухоподогреватель, расположенный в последнем газоходе котла. Воздухоподогреватель, воспринимая тепло отходящих газов и передавая его воздуху, во-первых, уменьша­ет потерю тепла с отходящими газами, во-вторых, улучшает условия сгорания топлива за счет подачи подогретого воздуха в топку кот­ла. При этом повышается температура горения и коэффициент полез­ного действия установки. Часть тепла в топке отдается испари­тельной поверхности котла— экрану, закрывающему стенки топки. Непрерывно циркулирующая в экране вода образует пароводяную смесь, которая отводится в барабан котла. В барабане пар отделяется от воды — получается так называемый насыщенный пар, поступа­ющий в главную паровую магистраль. Выходящие из топки дымовые газы омываютзмеевиковый водяной экономайзер, в котором подогре­вается питательная вода. Подогрев воды в экономайзере целесообра­зен с точки зрения экономии топлива. После экономайзера отходя­щие газы омывают воздухоподогреватель и отсасываются дымосо­сом в атмосферу.

Паровой котел является устройством, которое работает в слож­ных условиях — при высокой температуре в топке и значительном давлении пара. Нарушение нормального режима работы котельной установки может вызвать аварию. Поэтому на каждой котельной установке предусмотрен ряд приборов, подающих команду на прекращение подачи топлива к горелкам котла при следующих ус­ловиях:

1. при повышении давления в котле сверх допустимого;

2. при понижении уровня воды в котле;

3. при понижении или повышении давления в линии подачи топ­лива к горелкам котла;

4. при уменьшении давления воздуха в горелках;

5. при погасании или отрыве пламени горелок или запальников.

Рис. XI1.1. Принципиальная схема контроля и автоматического регулирования котельной установки / — топка; // — экран; /// — барабан котла; IV — водяной экономайзер; V — воздухоподогреватель; VI — питательная

магистраль; VII— главная паровая магистраль

Для управления оборудованием и контроля его работы котель­ная оснащена контрольно-измерительными приборами и приборами автоматики. Схемой автоматизации котла (рис. XII. 1) предусмотре­ны следующие основные точки контроля:

1) контроль и сигнализация давления газа (Поз. 9 и 3), идущего от газораспределительного пункта (ГРП); снижение давления газа

СПйС ГН1

щ о

2ТС

-®-

ЗРЛ

Q-

может привести к погаса­нию факела и возникнове­нию взрывоопасной смеси газа и воздуха;

1РП1 11

2) контроль наличия пламени в топке (Поз. 8) для тех же целей, что и в п. 1;

ЗРП1

ДСП

Аварийный уровень 8 барабане

.котла

ЧРП1

МВД

^-оЧ

те

О -

5РП

-й--<8М

-А.

4. измерение разреже­ния дымовых газов до и после водяного экономай­зера (Поз. 14) для наблю­дения за работой дымососа;

5. измерение темпера­туры отходящих газов до и после водяного эконо­майзера (Поз. 15);

6. измерение содержа­ния С0₂ (Поз. 13) в отхо­дящих газах для контроля полноты сгорания газа в топке котла;

! 7) измерение давления питательной воды (Поз. 10) для обеспечения под­держания нормального уровня воды в барабане котла;

8. измерение температуры питательной воды до и после водяного экономайзера (Поз., 16, 17);

9. контроль уровня питательной воды в барабне котла (Поз. 5) и сигнализация при его отклонении от заданного предела;

10) контроль давления пара и сигнализация при его повышении (Поз. 4);

11) измерение расхода пара (Поз. 7).

При помощи регуляторов в котлоагрегате производят автомате-

Рис. XII.2.

нализации

Электрическая схема сиг-работы котельной уста­новки

3) контроль разрежения в топке котла (Поз. 11); снижение разрежения при- водит к неустойчивому го- рению факела, а также к возможности проникания в помещение котельной ды- мовых газов;

ческое регулирование давления пара (поз. 1), разрежения (Поз. 12) и уровня питательной воды в барабане котла (Поз. 6).

Для безопасной работы котла необходима сигнализация (рис. XI 1.2) отклонения следующих параметров от нормы:

1. понижение давления газа, идущего от ГРП;

2. уменьшение разрежения в топке котла;

3. повышение давления пара в барабане котла;

4. отклонение уровня воды в барабане котла;

5. погасание факела в топке.

При понижении давления газа, идущего от ГРП, ниже 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) замыкается контакт прибора СПДС, срабатывает реле 1РП и замыкает свой разомкнутый контакт 1РП1. При этом замы­кается цепь светового табло-/ГС и загорается сигнальная лампочка, подающая сигнал «Давление ниже нормы».

При разрежении в топке ниже 20 Па (2 мм вод. ст.) замыкается контакт прибора СПДМ, срабатывает реле 2РП и замыкает свой разомкнутый контакт 2РП1. При замыкании контакта загорается сигнальная лампочка светового табло 2ТС, подающая сигнал «Раз­режение ниже нормы».

При повышении давления пара в барабане котла выше нормы замыкается контакт прибора ЖМ, срабатывает реле ЗРП и замы­кает свой разомкнутый контакт ЗРП1. При этом замыкается цепь светового табло ЗТС и загорается сигнальная лампочка, подающая сигнал «Давление выше нормы».

При повышении уровня воды в барабане котла до аварийного зна­чения замыкается контакт прибора ДСП, срабатывает реле 4РП и замыкает своим контактом 4РП1 цепь светового табло 4ТС. При этом загорается сигнальная лампочка, подающая сигнал «Аварийный уровень».

При погасании факела в топке контакт контрольного прибора замыкается, срабатывает реле 5РП и своим контактом 5РП1 замы­кает цепь светового табло 5ТС. Загорается сигнальная лампочка, по­дающая сигнал «Факела нет».

Наличие подобной сигнализации позволяет обслуживающему персоналу получать информацию о местах нарушения нормального режима работы и устранять возникшие неисправности.

§ ХП.2. КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА

Схема компрессорной установки, используемой для самых раз­личных целей, показана на рис. XII.3, а. Два компрессора / с элек­тродвигателями 2 подают по трубопроводу 3 сжатый воздух в ре­сивер 4, откуда по трубопроводу 5 он поступает к месту потребления. На трубах, соединяющих компрессоры с трубопроводом 3, установле­ны обратные клапаны 6. Трубопроводы 7 предназначены для цирку­ляции охлаждающей воды. Преобразователями для автоматичес­кого управления служат два электроконтактных манометра 8 типа ЭКМ. Стрелки этих приборов указывают на шкале измеряемую ве­управления процессами с применением УВМ включает большой комплекс научно-исследовательских, экспериментальных и про-ектно-конструкторских работ.

Следующим этапом собершенетвования управления по отно­шению к оптимальному планированию работы цехов является оптимизация деятельности завода в целом по экономическому кри­терию. Для этого разрабатывают математичееко-экономическую модель цементного производства. Предусматривается выполнение работ по созданию типовых автоматизированных систем управления с определением наиболее экономичных структур и последующего их распространения с постоянно возрастающим объемом внедрения систем автоматизации отдельных агрегатов, линий, а также средств автоматизации инженерного и управленческого труда.

§ XIII.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОМОЛА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА

Измельчение материалов в цементном производстве — один из основных технологических процессов. Помолу подвергают природ­ные сырьевые материалы и искусственно подготовленные полуфаб­рикаты с различными добавками для придания определенных свойств цементу. От качества этих материалов и степени измельчения за­висит качество цемента.

Помольные агрегаты, применяемые в цементной промышленности, имеют высокую энергоемкость, и повышение коэффициента их по­лезного действия чрезвычайно важно. Конструктивные решения помольных агрегатов зависят не только от их мощности, но и от спо­соба производства цемента. Например, для мокрого способа произ­водства нужны агрегаты, которые размельчают сырье с добавлением воды. При этом получается пульповидная масса, называемая шла­мом. При производстве цемента сухим способом требуется получить сухую (с минимальной влажностью) смесь в виде порошка. Для этого используют агрегаты, совмещающие сушку и помол сырья. Следовательно, цель автоматизации процессов измельчения мате­риалов состоит в том, чтобы обеспечить максимальную производи­тельность и устойчивые качественные показатели продукта помола.

Основной параметр, на котором базируется система автомати­зации работы трубных шаровых мельниц, — частота шума, изда­ваемая агрегатом в процессе помола — использование электроакус­тического метода контроля загрузки.

Исследования технологических процессов помола, проводимые институтом ВИАСМ в течение длительного времени, позволили со­здать ряд систем контроля и регулирования. Системы выполнены для отдельных агрегатов цементного производства и в настоящее время получили широкое применение на отечественных цементных за­водах. Внедрение их позволило резко повысить производительность агрегатов, улучшить качество продукции, снизить расход элект­роэнергии, улучшить условия работы обслуживающего персонала.

Автоматизация процесса приготовления сырьевого шлама в болтушках. Болтушки устанавливают на цементных заводах, применяющих пластичные материалы—глину имел. Цель автомати­зации регулирования процесса приготовления шлама — получение шлама с нормальной растекаемостью и минимальной влажностью при максимальной производительности агрегата. Для этого необ-

Рис. XIII.1. Принципиальная схема автоматического регулирования вяз­кости шлама

/ —■ преобразователь вискозиметра; 2 — преобразующий блок; 3 — электронный ре­гулятор; 4 — исполнительный механизм регулирующего пережимного устройства; 5 — указатель положения пережимного устройства; 6 — указатель вязкости шлама; 7—¹ трансформатор тока; 8— преобразователь трансформатора тока нагрузки двигателя болтушки; 9 — электронный регулятор; 10— задатчик регулятора; 11— магнитный пускатель электродвигателя конвейера загрузки сырья; 12—магнитный пускатель очищающей щетки конвейера; 13—электронный регулятор; 14—испол­нительный механизм шибера распределения сырья между болтушками; 15 — указа­тель положения шибера; 16 — регистрирующий прибор вязкости шлама и нагрузки двигателей болтушек; 17— амперметр нагрузки двигателя болтушки; 18 — сигна­лизатор наличия материала на конвейере; 19—сигнализаторы уровня шлама в приямке; 20 ~- ключи управления исполнительными механизмами; 21 — сигналь­ные лампы

ходимо, чтобы система автоматизации поддерживала параметры ра­боты всего технологического оборудования.

Система, представленная на рис. XIII. 1, обеспечивает автома­тическое регулирование загрузки болтушки сырьем, суммарной на­грузки приводов электродвигателей болтушек и соотношения нагру- -зок приводов двух болтушек. Суммарная нагрузка регулируется в зависимости от производительности и среднего значения нагрузок приводов болтушек. Для регулирования вязкости шлама в системе

231

предусмотрено автоматическое регулирование подачи воды в бол­тушку.

В системах, обеспечивающих автоматическое регулирование загрузки, использованы электронные регулирующие приборы. Сиг­нал от преобразователей приводов обеих болтушек поступает на ре­гулятор. В случае превышения суммарной нагрузки электродвига­телей, что происходит при перегрузке болтушек, регулятор останав­ливает конвейер и подача материала прекращается. При уменьше­нии нагрузки на двигатели регулятор вновь включает конвейер и подача материала возобновляется. Режим работы этого регулятора позиционный: пуск — стоп конвейера.

При автоматическом регулировании соотношения нагрузок электродвигателей приводов болтушек сигнал, пропорциональный среднему значению тока первой болтушки, с одного преобразова­теля подается на вход регулятора, а сигнал второго преобразователя, пропорциональный среднему значению тока второй болтушки, по­дается вместо задатчика этого же регулятора; оба поступивших на регулятор сигнала сравниваются в нем. В зависимости от нагрузки каждого двигателя регулятор дает команду исполнительному ме­ханизму шибера течки, который перекрывает ту или другую течку, тем самым регулируя подачу сырья в болтушки. Таким образом обес­печивается равномерная работа двух болтушек.

Вязкость шлама поддерживают системой автоматического ре­гулирования подачи воды. В качестве измерителя вязкости шлама служит ротационный вискозиметр со вторичным прибором. Сигнал вискозиметра, пропорциональный вязкости шлама, подается на электронный регулятор, который воздействует на исполнитель­ный механизм расхода воды, уменьшая или увеличивая поступление ее в болтушки.

В данной системе применен параллельный принцип построения схемы контроля и регулирования. В ней наряду с автоматическим регулированием осуществляется и контроль регулируемых пара­метров. Сигналы с измерителей токов одновременно подаются на по­казывающие и записывающие приборы. Система автоматического регулирования работы болтушек предусматривает также возмож­ность дистанционного управления положением шибера в течке, рас­ходом воды в болтушке и конвейерами. В качестве исполнительного механизма для перемещения шибера и регулирования расхода воды используют электрические приводы.

Автоматизация процесса мокрого помола сырья в трубной шаро­вой мельнице. Цементное сырье независимо от его вида подготав­ливают в трубных шаровых мельницах. Если завод использует мягкое пластичное сырье — мел и глину, то мельницы служат только для окончательного его измельчения. При работе на твердых породах весь процесс измельчения после его дробления ведется непосредст­венно в трубных мельницах.

Системы автоматического управления процессом помола в много­камерных шаровых мельницах открытого цикла должны обеспечи­вать стабилизацию технологических параметров — тонкости по­мола, влажности и максимальной производительности (рис. XIII.2).

В автоматическом регулировании загрузки мельниц сырьем заложен принцип поддержания соотношения между частотой шума в первой камере и величиной расхода подаваемого материала электронным регулирующим прибором. При этом величину соот­ношения принимают такой, при которой колебания тонкости помо­ла шлама получаются наименьшими. У первой камеры установлен

Рис. XIII.2. Принципиальная схема автоматического регулирования помо­ла сырья в трубной шаровой мельнице

микрофон, который воспринимает частоту шума, издаваемого ка­мерой, и преобразует ее в электродвижущую силу. Для контроля и регулирования процессов мокрого помола используют микрофоны с экраниревочными щитками, что повышает направленность их действия. Возбужденная в микрофоне электродвижущая сила пере­дается в усилительно-преобразующий блок, который усиливает и преобразует шумовую электродвижущую силу в напряжение постоянного тока. Величина напряжения пропорциональна этой частоте. Полученное таким образом напряжение подается на элект­ронный автоматический потенциометр, измеряющий и регистрирую­щий величину напряжения и, следовательно, заполнение мельницы материалом.

Сигнал с автоматического потенциометра поступает на вход элект­ронного регулирующего прибора, управляющего исполнительным механизмом, который переставляет нож тарельчатого питателя. На ноже питателя установлен индукционный преобразователь рас­хода сырья. Исполнительный механизм включается лишь тогда, когда величина регулируемого параметра выходит за пределы зоны нечувствительности регулирующего прибора. Поскольку при изме­нении размалываемости материала изменяется частота шума каме­ры, регулятор всякий раз уменьшает или увеличивает количество материала, поступающего в мельницу. Система автоматического регулирования загрузки сырья устраняет перегрузку второй и третьей (а в четырехкамерной мельнице и четвертой) камер при по­даче мелкого сырья и недогрузку этих камер при подаче крупного сырья. В результате становится возможным иметь меньший раз­брос значений тонкости помола шлама.

В основу автоматического регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, положен принцип поддержания опреде­ленного соотношения между частотой шума в зоне шламообразова-ния и расходом воды, подаваемой в мельницу. Величину этого соот­ношения принимают, исходя из необходимости обеспечить мини­мальные колебания влажности шлама. Принятое соотношение под­держивают автоматически электронным регулирующим прибором, на вход которого подается сигнал, пропорциональный уровню за­грузки мельницы и плотности шлама в зоне шламообразования (под зоной шламообразования подразумевают ту часть длины мель­ницы, где вся вода усвоена материалом и перемещение водяного потока относительцо материала практически отсутствует). Сигнал пропорциональный расходу воды, также подается на вход регули­рующего прибора. Электронный регулирующий прибор получает также и сигнал от системы автоматической коррекции, пропорцио­нальный степени вязкости шлама. Указанная система коррекции автоматически изменяет расход воды при отклонении вязкости шла­ма от заданной величины.

В схеме автоматического регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, использован промежуточный каскад регулирования расхода воды по частоте шума второй камеры. Мик­рофон, установленный вблизи обечайки мельницы у зоны шламооб­разования против середины второй камеры, воспринимает частоту шума в этой камере. В усилительно-преобразующем блоке э. д. с. микрофона усиливается и преобразуется в напряжение постоянного тока, которое подается на вход электронного автоматического по­тенциометра. Потенциометр измеряет и регистрирует величину напряжения и косвенно загрузку второй камеры шламом, а также его вязкость. С реостатного преобразователя автоматического потен­циометра сигнал поступает на вход электронного регулирующего прибора, управляющего исполнительным механизмом, который ус­тановлен на кране трубопровода.

Измерителем расхода воды служит дифманометр. От него сигнал поступает на электронный регулирующий прибор, который и обес­печивает стабилизацию расхода воды в заданном объеме. Исполни­тельный механизм включается только тогда, когда величины регу­лируемых параметров — расход воды или шум — в зоне шламооб­разования выходят за пределы нечувствительности регулирующего прибора.

. При изменении частоты шума в зоне шламообразования регуля­тор автоматически изменяет расход подаваемой в мельницу воды. При стабильном давлении в трубопроводе и достаточно линейной характеристике крана обратную связь через расходомер заменяют жесткой обратной связью от исполнительного механизма, переме­щающего кран. Если расход воды изменяется в результате измене­ния давления в водопроводной магистрали, то регулятор восста­навливает заданный расход воды.

При работе рассмотренного каскада регулирования в качестве самостоятельного регулятора влажности необходимо периодически изменять его задания, поскольку происходит постоянный «уход» вязкости шлама от заданной величины. С этой целью в схеме пре­дусмотрен каскад регулирования, состоящий из вискозиметра и ре­гулирующего прибора прерывистого действия. Такой регулятор при большом запаздывании и плавном изменении регулируемой величины (что наблюдают при применении промежуточного каска­да) позволяет улучшить динамическую характеристику регулирова­ния.

В последние годы институт ВИАСМ проводит работы по созда­нию усовершенствованной системы управления процессом мокрого помола сырья в мельницах при помощи УВМ. Для этой цели исполь­зована УВМ «Днепр-1». Она позволяет вводить информацию от ре­лейных частотных, а также аналоговых преобразователей, обла­дающих унифицированным выходом 0—5 мА. В принятой схеме УВМ воздействуют на параметры настройки системы автоматиза­ции, поддержания их оптимальными в соответствии с принятым ал­горитмом управления. В связи с тем что с течением времени необ­ходимо корректировать коэффициент передачи и задания системы регулирования из-за изменения свойств подаваемого материала, перегрузки мельницы, уменьшения во времени шаровой загрузки, с выходных устройств УВМ в систему регулирования подаются корректирующие сигналы.

Управляющее воздействие для изменения коэффициента переда­чи подается с аналогового выхода УВМ на вход автоматического самопишущего потенциометра с реостатным задатчиком. Напря­жение прямого сигнала электроакустического преобразователя, за­висящее от- положения реостатного задатчика автоматического по­тенциометра, суммируется с напряжением сигнала обратной связи по расходу регулируемого компонента (воды или материала) и с напряжением управляющего воздействия от УВМ по изменению задания. Суммарный сигнал поступает на вход регулируемого при­бора. Основные преимущества этой схемы заключаются в том, что использована аппаратура, серийно выпускаемая промышленностью.

Автоматизация процесса помола сырья в трубной шаровой мель­нице с гидроциклонами. Пластичные материалы после диспергиро­вания в болтушках содержат 70—80% мелких фракций, не требую­щих дополнительного измельчения в мельницах. Отделение готово­го продукта от общей массы шлама позволяет сократить общую по­требность в помольных агрегатах и интенсифицировать процесс помола. При этом расход электроэнергии на приготовление шлама сокращается почти на 50%. Для этого на ряде цементных заводов применяют сырьевые мельницы, работающие в комплекте с гидро­циклонами (гидроклассификаторами).

Для регулирования загрузки мельниц используют электро­акустический метод. По величине загрузки регулируют подачу шлама в гидроциклоны и добавок в мельницу.

Контролируя разрежение в гидроциклонах, можно контроли­ровать также режим их работы, так как при увеличении или умень­шении величины разрежения по сравнению с заданным значением нарушается отделение крупных кусков от мелких. Для контроля разрежения в гидроциклонах используют манометры, которые-яв­ляются бесшкальными преобразователями с электрическим унифи­цированным выходным сигналом постоянного тока. Вторичным прибором является показывающий прибор, предназначенный для визуального контроля величины одного параметра. В качестве ре­гулирующих используют приборы, которые могут работать с прибо­рами, имеющими выходной сигнал унифицированных параметров.

Автоматизация процесса сухого помола сырья в трубной шаро­вой мельнице. Для производства цемента сухим способом нужно подготовить сырьевую массу необходимой тонкости и минимальной влажности. Это достигается в мельницах, работающих по замкну­тому циклу с промежуточным отбором готовой фракции. В качестве устройства для промежуточного отбора в установке применяют сепаратор, который разделяет поступающую в него сырьевую смесь, Готовый материал, имеющий нужную тонкость, направляется в ем­кость для хранения, а крупная фракция возвращается в мельницу на домол через течку. Таким образом осуществляется замкнутый цикл помола. В отечественной промышленности применяют трубные шаровые мельницы размером 3,2x8,5 м с центробежными сепара­торами.

Раздробленное сырье дозаторы (рис. XIII.3) подают в сушиль­ную камеру, где смесь разбрасывается лопастями и подсушивается потоком горячих газов, а затем измельчается мелющими шарами. Пройдя первую камеру, материал через разгрузочное устройство попадает в ковшовый элеватор, который подает его в два центробеж­ных- сепаратора для разделения на фракции. Мелкие частицы — готовый продукт — по аэрожелобу поступают в пневмонасосы, которые их транспортируют в силосы, а крупная фракция подается во вторую размольную камеру мельницы, заполненную мелющими телами — цильпебсом. После вторичного измельчения сырье вновь поступает в разгрузочное устройство и вместе с материалом, выхо­дящим из первой камеры, поступает в сепараторы. Горячие газы, необходимые для сушки сырья, подают по газоходам из топки, уста­новленной для этой цели в сырьевом отделении. После просасьша­ния через мельницу газы очищаются в циклонах и электрофильт­рах. Вся система подсушки и помола работает под разрежением.

Система автоматизации сухого помола сырья, разработанная институтом ВИАСМ, предназначена для автоматического управле­ния процессом приготовления сырьевой муки в сырьевой сепаратор­ной мельницы с целью достижения максимальной производитель­ности агрегата при минимальном вмешательстве обслуживающего персонала в технологический процесс приготовления сырья.

Рис. XIII.3. Принципиальная схема автоматического регулирования сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице

Автоматическое регулирование загрузки производят при помо­щи двухкаскадной системы: каскада регулирования загрузки пер­вой камеры и каскада коррекции задания первого каскада по за­грузке второй камеры, (по току привода элеватора). Основное назначение второго каскада состоит в том, чтобы ограничить за-' грузку первой камеры, если загрузка второй камеры начинает пре­вышать допустимую. Система включает регуляторы загрузки мель­ницы огарками, известняком высокого и низкого титров. Регуляторы образуют каскад регулирования загрузки первой камеры, который должен обеспечить согласованность управления ножами тарельча­тых питателей для сохранения задаваемых соотношений между рас­ходами компонентов при суммарных изменениях подачи материала.