Автоматизация процесса прокалки кокса в трубчатой вращающейся печи
Автоматизация процесса прокалки кокса в трубчатой вращающейся печи
Иркутский
Государственный Технический Университет
Кафедра
автоматизации производственных процессов
Курсовой
проект
по
дисциплине «Информационно-измерительные устройства систем управления.
Тема:
Автоматизация
процесса прокалки кокса в трубчатой вращающейся печи.
Выполнил:
ст. гр.АТП04-2
Проверил:
Лазарева О.В.
Иркутск
2007г.
Содержание
Курсового проекта:
·
Описание
технологии производства.
·
Таблицу
параметров контроля и управления с указанием точности измерения, места
расположения ПП, функций параметра.
· Подробное описание приборов и
средств контроля, используемых в проекте.
· Функциональная схема
автоматизации.
· Заказная спецификация на
приборы и средства автоматизации.
· Электрическая схема питания
или схемы подключения БП.
· Структурная схема КТС.
· Таблицы входных и выходных
аналоговых и дискретных сигналов.
· Описание управляющего
контролера и модулей УСО.
Введение.
Вращающаяся печь
(трубчатая печь, барабанная печь), промышленная печь цилиндрической формы с
вращательным движением вокруг продольной оси, предназначенная для нагрева
сыпучих материалов с целью их физико-химической обработки. В. п. различают: по
принципу теплообмена - с противотоком и с параллельным током газов и материала;
по способу передачи энергии - с прямым, косвенным (через стенку муфеля) и
комбинированным нагревом обрабатываемого материала. По назначению В. п.различают
для спекания шихт в производстве глинозёма, получения цементного клинкера,
окислительного, восстановительного, хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси
алюминия, кокса, карбонатов, сульфатов и др., обезвоживания материалов,
извлечения цинка и свинца (вельц-печи), получения железа или сплавов цветных металлов
их прямым восстановлением из руд в твёрдой фазе (кричные печи), обжига
огнеупорного сырья и др.
Основными
являются В. п., в которых сжигается пылевидное, твёрдое, жидкое или
газообразное топливо непосредственно в рабочем пространстве печи и греющие газы
движутся навстречу обрабатываемому материалу.
1.
Описание
технологии производства.
Металлический
барабан 1, футерованный огнеупорным кирпичом, устанавливают под небольшим углом
к горизонту на опорные ролики 2. В ряде случаев диаметр барабана делают
переменным по длине. Барабан приводят во вращение (1-2 об/мин)
электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу 3. Шихту
загружают со стороны головки 4. Сухую шихту подают механическими питателями, а
шихту в виде пульпы - наливом или через форсунки 5. Топливо (10-30% от массы
шихты) вводят через горелки (форсунки) 6, помещённые в горячей головке 7. Здесь
же выгружают готовый продукт, направляемый в холодильник. Газы из В. п. очищают
от пыли (возгонов) в системе 8. Для улучшения условий теплопередачи во В. п.
встраивают различные теплообменные устройства 9 - перегребающие лопасти, полки,
цепные завесы, насадки и т.д. С этой же целью в ряде случаев футеровку
печей выполняют сложной формы, например ячейковой. Основные размеры В. п.
варьируются в значительных пределах: длина от 50 до 230м, а диаметр от 3 до
7,5м. Производительность В. п. достигает 150 т/ч (готового продукта).
Наблюдается тенденция к соединению В. п. с различными теплообменными
аппаратами, что позволяет при повышении технико-экономических показателей
работы печей уменьшать их размеры.
Проколочная
печь состоит из следующих основных узлов: цилиндрического стального барабана,
футерованного изнутри огнеупорным кирпичом, опорных устройств, привода, головок
- топочной (горячей) и газоотводящей (холодной) и перегрузочного устройства.
Барабан
печи сварен из стальных царг; посредством бандажей он опирается на опорные
ролики. Число опор зависит от длины барабана; при длине барабана 40-45м оно не
превышает трех. Бандажи изготовлены в виде колец из специальной твердой литой
стали. Крайние бандажи за счет температурных изменений длины барабана меняют
положение относительно опорных роликов, средний же находится между контрольными
роликами, ограничивающими его перемещение в нейтральном сечении барабана.
Венцовая шестерня крепится к барабану плоскими стальными пластинами,
установленными по касательной к нему. Она закрыта стальным кожухом,
предохраняющим ее от попадания посторонних предметов и грязи. Чтобы наклонно
расположенный барабан печи не мог сместиться по роликам на величину, большую
установленной, опорные ролики смонтированы так, что
их
рабочая цилиндрическая поверхность находится под не большим углом к рабочей
поверхности бандажа. Во избежание схода барабана с опорных роликов в случае
поломки оси контрольного ролика по обе стороны верхнего бандажа установлены
неподвижные упоры. Для повышения поперечной жесткости барабана между бандажами
смонтированы кольца жесткости с радиальными зазорами между корпусом и кольцом.
В
настоящее время наибольшее распространение получили вращающиеся проколочные
печи с барабанными холодильниками. Техническая характеристика печи: длина 45 м,
диаметр 3,0 м, угол наклона 2,5°, число оборотов в минуту 1,5-2,0,
производительность по прокаленному материалу 10-12 т/ч, время пребывания
материала в печи 60-80 мин, удельный расход условного топлива 40-50 кг/т.
Техническая характеристика холодильника: длина 30 м, диаметр 2,5-3,0 м, угол
наклона 2,5-3,5°, число оборотов в минуту 2,5-4,0.
Кокс
по всей длине барабана печи распределяется ровным слоем; в поперечном сечении
он имеет форму сегмента. Движение материала в печи происходит за счет наклона
барабана в горизонтальной плоскости. Скорость движения материала и
производительность печи прямо пропорциональны ее диаметру, числу оборотов и
углу наклона. Нагрев кокса осуществляется по принципу противотока, т.е. кокс и
нагретые газы движутся навстречу друг другу.
Время
пребывание материала в печи должно быть достаточным для удаления влаги, летучих
и окончания физико-химических превращений в прокаливаемом коксе. Оно зависит от
таких факторов, как диаметр и длина печи, число оборотов барабана, угол наклона
барабана и коэффициент трения материала о футеровку. Причем диаметр, длина и
угол наклона, всегда постоянны. Незначительно в процессе эксплуатации
изменяются число оборотов барабана и коэффициент трения материала. При
постоянстве основных параметров процесса прокалки время пребывания кокса в печи
изменяется незначительно.
Другим
фактором, существенно влияющим на производительность, является коэффициент
заполнения печи. Коэффициентом заполнения называется отношение площади
поперечного сечения потока материала ко всей площади сечения барабана печи. Для
печей с диаметром барабана 3,0м коэффициент заполнения составляет 6-8%. Изменяя
загрузку барабана коксом, можно производительность печи регулировать в широких
пределах. Однако в заводских условиях производительность печи стремятся поддерживать
постоянной.
Нагрев
кокса осуществляется в основном лучистой энергией горящего факела, а также при
непосредственном контакте раскаленных топочных газов с коксом (т.е.
конвекцией). Имеет место также лучистый теплообмен между материалом и разогретой
футеровкой печи. Значительное количество тепла выделяется за счет горения
летучих и самого прокаливаемого материала.
Полное
сгорание топлива достигается при достаточном количестве кислорода воздуха,
хорошем перемешивании с воздухом и достаточном объеме топочного пространства
при температуре не ниже 1000°С. Углерод топлива, соединяясь с кислородом,
образует углекислый газ СО2, а водород - водяные пары Н2О.
Необходимое количество воздуха для полного сгорания 1кг мазута Юм3.
Вращающиеся
печи работают на газообразном или жидком топливе. В качестве жидкого топлива
используется мазут (ГОСТ 10585-75).
Для
каждого типа печей подбирают оптимальную величину заполнения барабана, чтобы
кокс при движении в зоне прокалки максимально подвергался облучению от горящего
факела и контактировал с раскаленными газами. При заполнении барабана выше
оптимального ухудшаются условия теплообмена кокса с топочными газами, и часть
материала в середине потока не соприкасается ни с футеровкой печи, ни с
раскаленными газами, т.е. не нагревается ни излучением, ни конвекцией. В этом
случае физико-химические процессы в коксе не успевают закончиться. При
заниженном коэффициенте заполнения тепловая энергия топочных газов будет
использоваться недостаточно полно.
В
заводской практике для характеристики температурного режима работы вращающейся
печи принято условно делить ее длину на следующие зоны (начиная с холодного
конца печи): 1) зона подсушки и нагрева; 2) зона прокалки;3)зона охлаждения.
Зона
подсушки и нагрева. Кокс, поступающий в холодный конец печи, содержит от 3 до 15 % влаги и от
1 до 10 % летучих веществ. В результате непрерывного перемешивания и контакта с
отходящими газами, нагретыми до 400-500°С , влага и летучие вещества интенсивно
удаляются. По мере продвижения кокса в зону более высоких температур
газовыделение становится более интенсивным. На расстоянии 10-15м от холодного
конца печи летучие загораются; температура кокса в районе конца факела форсунки
повышается до 1200°С. Здесь условно кончается зона подсушки и подогрева и
начинается зона прокалки. Длина зоны подсушки и подогрева 25-30м.
Зона
прокалки -
область самых высоких температур (до 1400°С); длина зоны 5-10м. Газовыделение и
горение летучих в этой зоне практически прекращается, в коксе заканчиваются все
основные физико-химические превращения, раскаленный кокс приобретает
ослепительно белый цвет.
Особенно
четко эта зона просматривается при прокалке пекового кокса с минимальным
содержанием летучих.
Зона
охлаждения находится
между факелом и горячим концом печи. Длина зоны охлаждения определяется
конструкцией фурменного устройства и составляет 1,5-2,0 м. Из-за отсутствия
подогрева и в результате подсосов воздуха из холодильника температура здесь
снижается до 1100-1000°С. Цвет кокса в этой зоне становится более темным, с
вишневым оттенком.
Для
более надежного управления процессом прокаливания число регулируемых параметров
сводится к минимуму. Загрузку печи и число оборотов барабана стремятся
поддерживать постоянными и в качестве регулирующих параметров не использовать,
так как колебания загрузки вредно отражаются как на качестве прокаленного
кокса, так и на стойкости футеровки. Регулирование процесса прокалки сводится к
поддержанию заданной температуры, оптимальной длины зоны прокалки и ее
положения в печи путем изменения количества топлива, кислорода воздуха и
разрежения в печи. При изменении одного из регулируемых параметров необходимо
принять меры к соответствующим изменениям и других параметров.
Важную
роль в контроле процесса прокалки имеет также визуальное наблюдение. Если,
например, цвет пламени факела яркий, соломенно-желтый, а из трубы идет серый
дымок (при отсутствии камеры для сжигания летучих и котла-утилизатора), то это
значит, что имеется избыток кислорода воздуха, топливо сгорает полностью, а
возможно загорелись и летучие вещества в холодном конце печи или в газоходе.
Если цвет пламени факела темно-красный с дымными полосами, а из трубы идет
черный дым, то происходит неполное сгорание топлива из-за недостатка кислорода,
и частицы углерода в виде сажи придают пламени красноватый оттенок с дымными
полосами. Короткое пламя факела мазутной горелки указывает на недостаточное
количество и давление пара, подаваемого на распыливание мазута.
Если
визуальное наблюдение показало, что температура в зоне охлаждения повысилась и
почти не отличается от температуры в зоне прокалки, значит, зона прокалки из-за
низкого разрежения переместилась в сторону горячего конца печи. Красноватый
оттенок факела с дымными полосами и серый, а не черный дым из трубы указывают
на избыток вторичного воздуха, поступающего в печь через открытую дверь или
через имеющиеся не плотности в горячей головке. Проходя над раскаленным коксом,
вторичный воздух смешивается с несгоревшим топливом и летучими, и эта смесь
сгорает в зоне подсушки и в газоходе.
Качество
прокаленного кокса определяется анализами проб, отбираемых после холодильника.
Прокаленный кокс контролируют на процентное содержание серы, золы, летучих и
влаги, истинную плотность (г/см3) и удельное электросопротивление
(ОмПм).
Эти
показатели зависят от следующих факторов:
1)
положения и длины зоны прокалки;
2)
распределения температур по длине зоны прокалки и в зоне подсушки;
3)
времени нахождения материала в зоне прокалки.
Перед
пуском печи проверяют состояние футеровки, газоходов и труб, крепление венцовых
шестерен печи и холодильника, исправность привода, топливопровода и
контрольно-измерительных приборов.
Пуск
печи осуществляют в следующей последовательности. На расстоянии 3-4м от горячей
головки укладывают штабелем дрова, разжигают их, включают дымосос и
устанавливают разряжение в задней головке печи 20-30Па. В мазутонасосной
станции температуру мазута доводят до 80°С. После того как дрова разгорятся, в
форсунку подают пар или воздух и медленно начинаю открывать мазутный вентиль.
После воспламенения мазута, изменяя подачу его или воздуха, горение регулируют
так, чтобы факел был коротким и чистым. Подачу мазута устанавливают на
минимальную. Если форсунка дымит, надо увеличить давление пара или воздуха
перед форсункой; если дымление не прекращается, необходимо проверить центровку
шпинделя по отношению к корпусу и размер паровой щели.
Продолжительность
сушки и разогрева футеровки печи зависит, прежде всего, от вида ремонта
футеровки и температуры наружного воздуха (если печь находится вне помещения).
При местном ремонте, а также при кладке кирпича насухо в теплое время года
продолжительность нагрева до рабочей температуры может составлять всего 12-18
ч. При ремонте футеровки на растворе в холодное время года продолжительность
сушки и нагрева футеровки увеличивается до 48-54 ч.
Скорость
подъема температуры нагрева футеровки печи в любом случае не должна превышать
100°С/ч. Во избежание прогиба барабана и для обеспечения равномерного прогрева
всей кладки печь поворачивают через каждые 2 ч на 1 /3 оборота. По мере подъема
температуры печь переводят на малые обороты, а при прогреве футеровки в зоне
прокалки до рабочей температуры - на основной привод, после чего включают
питатель кокса. В течение 3-4 ч после начала подачи кокса температурный, и
газовый режим доводят до рабочего состояния.
Таблица параметров
контроля и управления.
| 
