СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧЬЮ ДЛЯ ОБЖИГА КЛИНКЕРА Российский патент 1996 года по МПК F27B7/24 F27D19/00 

Предлагаемое изобретение относится к производству цветных металлов, в частности к управлению вращающихся печей для обжига. Может быть использована при обжиге сырьевой смеси в производстве цемента мокрым способом.

Известна система управления процессом обжига клинкера (см. кн. В. С. Кочетов и др. Автоматизация производственных процессов и АСУПТ промышленности строительных материалов. Л. Стройиздат, 1981, с. 117), включающая измеритель температуры отходящих газов, регулирующий блок, исполнительный механизм на входе дымососа, первый вход регулирующего блока соединен с задатчиком, второй вход регулирующего блока соединен с измерителем температуры отходящих газов, а выход соединен с исполнительным механизмом на входе дымососа.

Недостатком системы управления процессом обжига клинкера является соединение регулирующего блока с исполнительным механизмом на входе дымососа, что при управлении приводит к перераспределению тепла по всей длине печи, изменению длины зон декарбонизации и спекания и ухудшению качества клинкера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является принятая за прототип вращающаяся печь (а. с. 669163), содержащая цилиндрический корпус, камеру сгорания, соединенную с корпусом печи на участке декарбонизации через устройство ввода горячих газов, устройства для сжигания топлива в разгрузочном конце печи и камере сгорания, систему управления подачей топлива в камеру сгорания.

Недостатком вращающейся печи является соединение камеры сгорания с корпусом печи на участке декарбонизации. При постоянном химическом составе шихты качество клинкера определяется температурным режимом, т. е. температурой и временем тепловой обработки в зонах декарбонизации и спекания. Известно, что качество клинкера имеет экспериментальную зависимость от температуры в зонах декарбонизации и спекания вида (см. Е. Г. Древицкий и др. Повышение эффективности работы вращающихся печей. М. Стройиздат, 1990, с. 89)
A 9020 0,208(Т_сп 1550)², (1)
где А активность клинкера (28 сут•кПа),
Т_сп температура в зоне спекания
Аналогичная зависимость существует для качества клинкера и температуры в зоне декарбонизации.

Изменение влажности шихты, подаваемой в печь, вызовет изменение теплопотребления в зоне сушки и как следствие изменение температуры отходящих газов. Поддержание температуры отходящих газов на заданном уровне является необходимым условием работы электрофильтров, что вызывает необходимость увеличить или уменьшить количество топлива, подаваемого в печь. Следовательно, изменение влажности шихты, подаваемой в печь, приводит к изменению температурного режима в зонах декарбонизации и спекания, что в соответствии с (1) в условиях описанного выше прототипа приводит к ухудшению качества клинкера.

Целью изобретения является повышение качества клинкера за счет стабилизации длины зоны сушки.

Поставленная цель достигается тем, что в системе управления вращающейся печью, содержащей цилиндрический корпус, камеру сгорания, соединенную с корпусом через устройство ввода горящих газов, устройства для сжигания топлива в разгрузочном конце печи и камере сгорания, включающей систему управления подачей топлива в камеру сгорания, камера сгорания соединена с цилиндрическим корпусом в зоне сушки, содержится измеритель расхода топлива в камеру сгорания, регулирующий блок, задатчик расхода, исполнительный механизм подачи топлива, измеритель температуры отходящих газов, корректор, задатчик температуры и сумматор, первый вход корректора соединен с измерителем температуры отходящих газов, второй вход корректора соединен с задатчиком температуры, а выход с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с задатчиком расхода, а выход с первым входом регулирующего блока, второй вход регулирующего блока соединен с измерителем расхода топлива в камеру сгорания, а выход соединен с исполнительным механизмом подачи топлива.

Таким образом стабилизируют длину зоны сушки в условиях изменения влажности шихты путем изменения подачи топлива в камеру сгорания. При этом температурный режим в зонах декарбонизации и спекания стабилен, вследствие чего не происходит снижения качества клинкера. Указанная совокупность приемов и методов в известных авторам источниках научно-технической информации не обнаружена, следовательно, предлагаемое изобретение отвечает критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена блок-схема системы управления вращающейся печью: 1 цилиндрический корпус печи, 2 камера сгорания, 3 устройство ввода горячих газов, 4 трубопровод подачи топлива, 5 и 6 устройство для сжигания топлива, 7 измеритель температуры отходящих газов, 8 корректор, 9 - задатчик температуры отходящих газов, 10 сумматор, 11 задатчик расхода топлива, 12 регулирующий блок, 13 измеритель расхода топлива, 14 - исполнительный механизм подачи топлива.

Цилиндрический корпус 1 соединен с камерой сгорания 2 через устройство ввода горячих газов 3. Топливо по трубопроводу 4 подают в устройства для сжигания 5 и 6, соединенные со входом разгрузочной части печи и входом камеры сгорания соответственно. Измеритель температуры отходящих газов 7 соединен с первым входом корректора 8, второй вход корректора соединен с задатчиком температуры 9, а выход соединен с первым входом сумматора 10, второй вход сумматора соединен с задатчиком расхода 11, а выход соединен с первым входом регулирующего блока 12, второй вход регулирующего блока соединен с измерителем расхода топлива 13, а выход соединен с исполнительным механизмом подачи топлива 14.

Система управления вращающейся печью работает следующим образом.

Измеренное значение температуры отходящих газов Т_о.г. от измерителя 7 поступает на первый вход корректора 8, на второй вход корректора подают задание на температуру отходящих газов T*о.г.

от задатчика 9. Корректор 8 по "ПИ" алгоритму формует корректирующее воздействие ΔQ_т

где DT относительное рассогласование между заданием T*о.г. и измеренной температурой отходящих газов Т_т.г., определяемое по формуле DT=(T*о.г-T_о.г)/T*о.г.;
K1, K2 настроечные коэффициенты пропорциональной и интегральной составляющей "ПИ" алгоритма (см. кн. Б.З. Барласов, В.И. Ильин. Наладка приборов и систем автоматизации. М. Высшая школа, 1985, стр. 64).

Корректирующее воздействие ΔQ_т подают на первый вход сумматора 11, на второй вход сумматора подают задание Q*т

на расход топлива от задатчика 10. На выходе сумматора получают задающее воздействие Q*т.з.
ΔQ*т.з.=Q*т+ΔQ_т (3)
Задающее воздействие Q*т.з. подают на первый вход регулирующего блока 12, на второй вход регулирующего блока поступает значение расхода Q_т от измерителя 13.

Регулирующий блок 12 формирует управляющее воздействие У_т по "ПИ" алгоритму

где DQ рассогласование между задающим воздействием Q*т.з.

и измеренным расходом топлива Q_т, определяемое по формуле ;
K3, K4 настроечные коэффициенты пропорциональной и интегральной составляющей "ПИ" алгоритма (см. кн. Б.З. Барласов, В.И. Ильин. Наладка приборов и систем автоматизации. М. Высшая школа, 1985, стр. 64).

У_т выдают на исполнительный механизм подачи топлива 14, при этом расход топлива в камеру сгорания Q_т устанавливают равным Q*т.з.

.

Пример. Испытание проводилось на печи размером 5 х 185 м, производительность 100 тонн клинкера в час. Исходное состояние: Влажность шихты W 35% расход топлива в разгрузочный конец печи Q_т.р. 20,0 т/ч; расход топлива в камеру сгорания Q_т 8,43 т/ч; Q*т

8,43 т/ч; ΔQ_т 0,0; Т_о.г. 215^oC; T*о.г. 215^oC; интегральная сумма и выражения (4) равна 22,2; K1 2,5; K2 1,0; K3 0,57; K4 0,38.

Температурный режим в зонах декарбонизации и спекания оптимальный с точки зрения качества клинкера.

Температура в зоне декарбонизации Т_к.б. 725^oC; в зоне спекания Т_сп 1550^oC, активность клинкера (28 сут.) А 9020 кПа. Повышение влажности шихты до W 40% приведет к снижению температуры отходящих газов до 150^oC. Требование постоянства температуры отходящих газов печи вызовет необходимость поступления дополнительного тепла в зону сушки в количестве, равном 123 ккал/кг клинкера.

1. Пример для прототипа.

Дополнительное количество тепла подают, увеличивая подачу топлива в горячий конец печи на 1,05 т/ч, что приводит к увеличению температуры в зоне спекания до Т_сп 1590^oC. В соответствии с выражением (1) увеличение температуры спекания до указанного значения приведет к снижению активности клинкера до А 8687 кПа, т. е. снижению качества клинкера на 4% Из опыта известно, что колебания влажности шихты находятся в пределах 35 - 40% что в условиях прототипа приведет к снижению качества клинкера на 2 3%
2. Пример для предлагаемой системы управления.

Дополнительное количество топлива подают в камеру сгорания, соединенную с зоной сушки печи. При этом температура в зоне спекания равна Т_оп 1550^oC, и качество клинкера остается на оптимальном уровне А 9020 кПа, то есть на 4% выше, чем в примере 1.

Поскольку в предлагаемой системе управления качество не зависит от влажности, то можно сделать вывод, что при колебаниях влажности шихты 10 15% при использовании предлагаемой системы качество клинкера выше на 2 4% по сравнению с прототипом.

3. Пример функционирования предлагаемой системы управления.

Измеренная измерителем 7 температура отходящих газов равна Т_о.г. 150^oC, корректирующее воздействие ΔQ_т, формируемое корректором 8, по формуле (2) равно

ΔQ_т поступает на вход сумматора 11, с выхода которого получают задающее воздействие Q*т.з.

, рассчитываемое по формуле (3)
Q*т.з=Q*т+ΔQ_т=8,43+1,06=9,5
Задающее воздействие Q*т.3. подают на вход регулирующего блока 12, на выходе которого получают управляющее воздействие У_т, рассчитываемое по формуле (4)

У_т выдают на исполнительный механизм подачи топлива в камеру сгорания 14 и в процессе управления устанавливают расход, равный Q_т 9,5.

Поскольку снижение качества клинкера приводит к необходимости увеличения удельного расхода электроэнергии на размол клинкера при неизменном качестве цемента, то использование предлагаемого изобретения позволяет снизить расход электроэнергии на 1 1,5% по сравнению с прототипом.

Использование: изобретение относится к области управления процессами получения цемента и, в частности, может быть использовано для управления вращающейся печью для обжига клинкера. Сущность изобретения: система содержит измеритель 7 и задатчик 9 температуры отходящих газов печи 1, корректор 8, сумматор 10, регулирующий блок 12, топливопровод 4, устройство для сжигания топлива 5 и 6, устройство ввода горячих газов 3, измеритель расхода 13, задатчик расхода 11 и исполнительный механизм 14 подачи топлива в камеру сгорания 2. По рассогласованию между измеpенной и заданной температурой отходящих газов корректор вырабатывает корректирующее воздействие, которое суммируется с заданием на расход в сумматоре и поступает в качестве задающего воздействия на регулирующий блок. По рассогласованию между задающим воздействием и измеренным значением расхода регулирующий блок управляет подачей топлива в камеру сгорания, соединенную с цилиндрическим корпусом печи в зоне сушки. 1 ил.

Система управления вращающейся печью для обжига клинкера, содержащая цилиндрический корпус, камеру сгорания, соединенную с цилиндрическим корпусом через устройство ввода горячих газов, устройство для сжигания топлива в разгрузочном конце печи и камере сгорания, систему управления подачей топлива в камеру сгорания, отличающаяся тем, что с целью повышения качества клинкера за счет стабилизации длины зоны сушки материала и снижения энергетических затрат, камера сгорания соединена с цилиндрическим корпусом в зоне сушки, система управления содержит измеритель расхода топлива в камеру сгорания, регулирующий блок, задатчик расхода, исполнительный механизм подачи топлива, измеритель температуры отходящих газов, корректор, задатчик температуры и сумматор, первый вход корректора соединен с измерителем температуры отходящих газов, второй вход корректора соединен с задатчиком температуры, а его выход с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с задатчиком расхода, а выход с первым входом регулирующего блока, второй вход регулирующего блока соединен с измерителем расхода топлива в камеру сгорания, а выход соединен с исполнительным механизмом подачи топлива.