8.13.2 Системы пневмоперемешивания цементной сырьевой муки

В последние годы в связи с широким внедрением в цемент­ную промышленность сухого способа производства цементного клинкера,- как наиболее прогрессивного и топливосберегающего, пристальное внимание уделяется гомогенизации сырьевой шихты, т. е. обеспечению заданного однородного химического состава сырьевой шихты с допустимыми пределами колебания по КН = ±0,02.

Обычная цементная сырьевая мука (шихта) — это тонкомоло­тая смесь (с остатком на сите 008 до 15%) сырьевых компонентов: известняка 75—80%, глины — 17—20% и железистых огарков 2—4% при их совместном помоле в мельничных агрегатах.

Влажность шихты по технологическим нормам не должна пре­вышать 1%, температура ее после мельниц обычно не превышает 100 °С. Сырьевые компоненты перед вводом их в мельницы обыч­но дозируются весовыми устройствами. В последние годы на це­ментных заводах стали широко внедряться автоматизированные системы управления процессом приготовления сырьевой шихты (АСУТП), включающие в себя весовые дозаторы для сырьевых компонентов; автоматические пробоотборники с механизирован­ной системой доставки представительных проб муки, отобранных после мельниц; быстродействующие анализаторы (квантометры) и управляющие вычислительные машины. Несмотря на приме­нение АСУТП, в связи с колебаниями химического состава сырь­евых компонентов, обычно имеющими место в практике, а также нарушениями в работе дозаторов, бункеров и пр., сырьевая мука, поступающая из мельниц в так называемые смесительные силосы, имеет существенные колебания химического состава, доходя­щие до КН = ±0,2 и выше. В связи с этим вытекает необходи­мость иметь гомогенизационные установки, состоящие из смесительных и запасных (расходных) силосов. На отечественных заводах сухого способа производства клинкера имеются смеси­тельные силосы диаметром 6, 8, 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 250, 500, 800, 1400 и 2000 т и запасные силосы диаметром 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 2000, 2500 и 6000 т муки. Чем больше производительность технологи­ческой линии, тем больше требуемая суммарная емкость гомо-генизационных силосов. По технологическим нормам они должны вмещать 3-суточный запас муки. В последние годы строятся и вводятся в эксплуатацию гомогенизационные силосы диаметром 18 м обычно в двухъярусном исполнении: в верхнем ярусе рас­положены смесительные силосы вместимостью до 2000 т с высо­той слоя муки до 10 м, а в нижнем — запасные силосы вмести­мостью до 6000 т с высотой слоя муки до 25 м.

Смесительные и запасные силосы оборудуются системой аэрации, отличающейся величиной аэрируемой поверхности. Днища смесительных силосов оборудуются аэрокоробками с мак­симальной степенью заполнения. Обычно площадь аэрации в смесительном силосе находится в пределах 70—80%. Днища запасных силосов имеют площадь аэрации в пределах 20—30% от площади поперечного сечения силоса. Отличие их состоит также в разном количестве сжатого воздуха, поступающего в систему аэрации.

Аэрокоробки на днище смесительного силоса укладываются по определенным схемам: полосовой (обычно из пяти полос, со­бранных в две группы у смесительных силосов 6 м) и квадран­тной для остальных силосов, состоящей из 4-х групп аэрокоробок. К каждой группе аэрокоробок имеется индивидуальный подвод сжатого воздуха. Подача его в каждый из квадрантов изменяется в количественном отношении периодически с интервалом 5— 10 минут. Когда подается малое количество сжатого воздуха, со­ответствующий квадрант работает в пассивном режиме, а когда подается наибольшее количество — в активном режиме.

В результате исследований установлено следующее:

— пневматическая гомогенизация, т. е. пневмоперемешивание сырьевой шихты, протекает интенсивно только при определенном аэродинамическом режиме;

— оптимальный расход сжатого воздуха зависит от основных физико-механических свойств перемешиваемой шихты: грануло­метрического фракционного состава, плотности и объемной мас­сы, влажности и др.;

— аэродинамический режим процесса перемешивания, харак­теризуемый обычно критерием Рейнольдса Йе₀пт., зависит от фи­зико-механических свойств перемешиваемого материала, харак­теризуемых критерием Архимеда, которые связаны между собой математической зависимостью:

(8.204)

где

(8.205);

V_onт — оптимальная скорость воздуха или скорость фильт­рации, м/с;

— эквивалентный диаметр частиц материала, м; Δi — весовая доля отдельной фракции; d{ = д/ёТ-сГ^ — среднегеометрический размер частиц из предельных значений отдельных фракций, м; di и d2 — ie размеры отдельных фракций, м; v =1,485-10~"⁵ м²/с—предельные кинематический коэффициент вязкости воздуха;

(8.207) — критерий Архимеда;

d₃ — эквивалентный диаметр частиц, определяемый по формуле (8.174); ς — плотность материала, кг/м³. Для цементной сырьевой муки q находится в пределах 2800—2900 кг/м³; ς_b — плотность «нормального» воздуха ~1,2 кг/м³; g = 9,81 м/с² — ускорение си­лы тяжести;

vqht — оптимальная скорость воздуха, определяемая по фор­мулам (8.204) — (8.207); достоверность которых подтверждена многочисленными экспериментами на модели смесительного си­лоса диаметром 0,8 и высотой 1,5 м. У₀пт находится в следующих пределах:

— для активных участков аэроднища — от 0,07 до 0,1 м/с или выраженная в удельном расходе д₀пт на 1 м² пористой перего­родки аэроднища — от 4 до 6 н.м /мин на 1 м²;

— для пассивных участков аэроднища от 0,008 до 0,017 м/с или от 0,5 до 1,0 н.м³/мин на 1 м² пористой перегородки.

Общий расход сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки определяется по формуле:

(8.208)

где g_актопт = 4—6 н.м³/мин на 1 м² для активного квадранта; Р_акт — полезная площадь аэрации активного квадранта, состав­ляющая 1/4 всей полезной площади аэрации Р_пол., которая в свою очередь составляет (0,7—0,8) от площади поперечного се­чения смесительного силоса, м²; q_{nассопт} = 0,5—1,0 нм³/мин на 1 м² для остальных трех пассивных квадрантов; F_nacc. — полезная площадь трех пассивных квадрантов, м² — потребное давление сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки опре­деляется по формуле:

(8.209)

где Раэ.м. = 9004-1000 кг/м³ — средняя насыпная масса аэриро­ванной муки; Н_сл — толщина слоя муки в силосе, м; ΔР_пер.= 200—300 кг/м² — сопротивление пористой перегородки в аэроко­робке; ΔР_ота =300—500 кг/м² — сопротивление отверстий прохо­да воздуха в перфорированной трубке аэрокоробки; ΔР_расп. = 300—500 кг/м² — сопротивление воздухораспределителя; ΔР_С = 200—300 кг/м — сопротивление воздухоподводящей сети; — по­сле определения Q_nep по формуле 8.208 и Р_пер. по формуле 8.209 выбирают типоразмер воздуходувной машины.

С целью снижения энергозатрат на гомогенизацию сырьевой муки рекомендуется применять турбовоздуходувки с рабочим давлением до 0,1 МПа или низконапорные компрессоры до 0,2 МПа. При использовании этих машин очистка и осушка сжа­того воздуха не требуется;

— продолжительность пневмоперемешивания сырьевой муки зависит от первоначальной и конечной неоднородности химиче­ского состава муки, содержащейся в силосе, и вместимости силоса.

Г. Клейн предлагает для количественной оценки процесса пе­ремешивания пользоваться зависимостью:

(8.210)

где S_нач — стандартное отклонение колебаний титра сырьевой муки перед началом перемешивания; S_KOH — стандартное откло­нение колебания титра сырьевой муки после перемешивания; е — основание натурального логарифма; А — постоянная вели­чина, характеризующая работоспособность данного смеситель­ного силоса при неизменных свойствах сырьевой муки и постоянном расходе воздуха; t — продолжительность переме­шивания, мин.

Опытом эксплуатации установлено, что при степени усредне­ния 8н/8к химсостава муки до 10 единиц и вместимости смеси­тельных силосов от 250 до 1500 т продолжительность перемеши­вания находится в пределах от 1 до 2 часов, а при вместимости силосов до 2000 т — от 2 до 3 часов;

— удельный расход сжатого воздуха на перемешивание 1 т сырьевой муки при степени усреднения до 10 находится в пределах от 10 до 15 нм³/т с.м., с учетом корректирования и повторного перемешивания до 30% замолотых силосов (взято из опыта эксплуатации цемзаводов) — от 13 до 20 нм³/т с.м.;

— удельный расход электроэнергии на гомогенизацию сырьевой муки при использовании турбовоздуходувок и низ­конапорных компрессоров составляет от 0,4 до 0,7 кВт ч/т с. м., а при использовании сжатого воздуха от высоконапорных компрессоров (это экономически невыгодно) — от 1,0 до 2,0 кВт ч/т с.м.;

— эффективность работы гомогенизационной установки ха­рактеризуется степенью усреднения (гомогенизации) химического состава сырьевой муки.

Неоднородность химсостава сырьевой муки, замолотой в си­лос, можно оценить стандартным начальным отклонением по формуле:

(8.211)

Конечная неоднородность химсостава сырьевой муки после завершения пневмоперемешивания оценивается конечным стан­дартным отклонением, определяется по формуле:

(8.212)

Отношение S_H/S_K и является степенью гомогенизации, где х — среднеарифметическое всех значений титра или КН; x_i - отдель­ные значения титра или КН; n — количество отобранных проб.

Для автоматического переключения подачи сжатого воздуха по определенной программе в активные и пассивные участки аэроднища смесительного силоса служат воздухораспределители.

В этих устройствах основным рабочим элементом является полый цилиндр, в котором имеется одно большое отверстие для пропуска сжатого воздуха в активный квадрант и три малых отверстия для подачи воздуха в пассивные квадранты.

Рассмотренная система пневмоперемешивания является гомо­генизационной установкой периодического действия. В ней по­следовательно протекают следующие процессы: замол муки в силос, перемешивание, корректирование, анализ отобранных кон­трольных проб и выгрузка готовой муки. Как видно, цикл обо­рачиваемости силоса длительный, и поэтому на цементных за­водах для одной технологической линии сооружается не менее двух смесительных силосов.

Разработаны также гомогенизационные установки непрерыв­ного действия.

Отличительной особенностью систем непрерывной гомогени­зации сырьевой муки является прием дополнительной интенси­фикации процесса перемешивания за счет нагнетания потока ма­териально-воздушной смеси под слой гомогенизируемого материала.

9.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Создание автоматизированных систем управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП) является качественно новым эта­пом автоматизации цементного производства. До появления АСУ ТП и цифровых управляющих вычислительных машин в про­мышленности решались задачи контроля и управления, относя­щиеся главным образом к отдельным параметрам и контурам автоматизации. Управление технологическими объектами осуще­ствлялось на основе аналоговых электрических устройств с ис­пользованием так называемых локальных средств автоматизации.

В последние годы, ввиду появления сложных высокопроизво­дительных агрегатов, управление которыми требует контроля и учета взаимосвязи большого числа переменных параметров, тра­диционные способы автоматизации стали недостаточно эффек­тивными. Использование управляющей вычислительной техники в составе АСУ ТП благодаря быстрой переработке больших объ­емов текущей информации и реализации сложных логических и расчетных процедур при выработке управляющих воздействий резко расширяет возможности автоматизации в направлении ра­ционального выбора и поддержания режимов технологических процессов (ТП).

В отличие от полностью автоматических систем, АСУ ТП представляет собой человеко-машинную систему. Она не отстра­няет человека от управления процессом, но помогает в макси­мальной степени использовать его опыт. Перерабатывая и пред­ставляя информацию о процессе в форме, наиболее удобной для принятия оптимальных решений и беря на себя в ряде случаев выработку таких решений и реализацию управляющих воздейст­вий, современные АСУ ТП предусматривают гибкую структуру взаимодействия с технологом-оператором. Он может выбрать ре­жим работы системы, изменить параметры алгоритмов управле­ния, откорректировать уставки контуров регулирования.

Разработка АСУ ТП — сложный комплекс организационно-технических мероприятий, включающий подготовку и изучение объекта управления, проектирование, опробование, корректиров­ку, монтаж, наладку и ввод системы в промышленную эксплуатацию. В современных условиях АСУ ТП должна создаваться совместными усилиями специалистов по автоматизации и техно­логии цементного производства.