Система мониторинга обжига сырьевой смеси и получения клинкера в производстве цемента
Босацкий В.И, Дехтярчук П.А, Кудлак Б.И, Степура А.И. - ТОО "ВОТУМ"
Одним из наиболее важных технологических процессов в производстве цемента является обжиг сырьевой смеси и получение клинкера. Этот процесс протекает при температуре 1400…1500°С. При этом качество клинкера и в дальнейшем свойства цемента зависят как от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, так и от поддержания на заданном уровне необходимых технологических параметров, т.е. от правильного ведения процесса обжига с максимальным учетом всех возможных параметров и воздействий, влияющих на этот процесс.
Клинкер обжигают главным образом во вращающихся печах, являющихся основным оборудованием печных агрегатов. Например, на ОАО "Мыколаевцемент" печной агрегат кроме печи включает в себя и другие механизмы и аппараты, которые показаны на рис.1.
Рис.1. Упрощенная технологическая схема мониторинга процесса обжига
С целью рационального ведения технологического процесса, который бы максимально приближался к оптимальному, ТОО "ВОТУМ" на основании технических требований ОАО "Мыколаевцемент" разработало и внедрило для двух вращающихся обжиговых печей автоматизированную систему мониторинга обжига сырьевой смеси и получение клинкера.
Рис.2. Схема функциональная комплекса технических средств (для одной печи)
Поставленную техническую задачу ТОО "ВОТУМ", являющееся системным интегратором компании Schneider Electric на Украине, выполнило на базе программируемых логических контроллеров серии Modicon TSX типа Premium и Micro (см. рис.2).
В целом система мониторинга осуществляет визуализацию на мониторе и регистрацию следующих параметров:
- температуры дымовых газов на входе и выходе электрофильтра, на выходе из печи, зоны подогрева и зоны кальцинирования печи, топливного газа перед сужающим устройством, подшипников дымососа и редуктора главного привода;
- давления и перепада давления топливного газа на сужающем устройстве;
- разрежения перед электрофильтром, в пылеосадительной камере и головке печи;
- концентрации в дымовых газах О2, СО2, СО и NO;
- расхода шлама;
- тока нагрузки электродвигателей дымососа и главного привода печи;
- тока и напряжения на электродах 1-го, 2-го и 3-го полей электрофильтра;
- положения исполнительных механизмов направляющих дымососа, дозирования шлама и заслонки на подаче топливного газа.
При этом, система выполняет предупредительную и аварийную сигнализацию превышения температуры подшипников и дымовых газов на выходе из печи, аварийную сигнализацию отсутствия шлама в питателе, предупредительную сигнализацию снижения расхода шлама и снижения разрежения в пылеосадительной камере и головке печи.
Система мониторинга регистрирует и сигнализирует о состоянии (включенный / выключенный) следующих механизмов и оборудования:
- дымососа;
- главного привода печи;
- механизмов встряхивания коронирующих и осадительных электродов;
- питателей бункеров пыли;
- продольных, поперечных, наклонных шнеков;
- клинкерных транспортеров;
- пылевых насосов,
а также сигнализирует о верхнем и нижнем значениях уровня шлама в дозирующем бачке, отклонении от нормы давления масла в маслосистеме главного привода печи; осуществляет индикацию пяти дискретных значений скорости вращения печи.
Кроме этого, по специальным алгоритмам и эмпирическим формулам система рассчитывает расходы шлама (м3/ч), клинкера (т/ч) и согласно РД50-213-80 - некоммерческий расход топливного газа. Также предусмотрена возможность расширения функций системы в направлении учета параметров работы печи и соответственно учета посменной и месячной работы машинистов печей.
Система мониторинга состоит из совокупности существующих и дополнительно приобретенных (газоаналитический комплекс SICK) периферийных средств, контейнеров, шкафов и пультов управления, которые соединены между собой с помощью контрольных и интерфейсных кабелей (см. рис.2). В частности:
- шкаф представляет собой металлоконструкцию фирмы SAREL (Франция) размером 1800х600х600 мм с контроллером TSX Premium, куда входят:
- процессор TSXP57203M;
- модули аналогового ввода TSXAEY1600 и TSXAEY414 (2шт.);
- модуль дискретного ввода TSXDEY16D2;
- модуль аналогового вывода TSXASY410;
- модуль дискретного вывода TSXDSY08T2;
- модуль питания TSXPSY5500M
- и др. коммутационная и вспомогательная аппаратура;
- контейнер состоит из металлоконструкции фирмы SAREL 600х600х300 мм с аппаратурой поддержки микроклимата, где установлен контроллер TSX Micro и др. коммутационная и вспомогательная аппаратура;
- пульт (металлоконструкция фирмы SAREL 1400х1200х600 мм), в котором на приборной приставке установлен монитор TFT 180Р Philips и дублирующие указатели положения исполнительных механизмов, а на столешнице - клавиатура 101/102 с манипулятором трекбол, кнопочные элементы, переключатели, сигнальная арматура для дистанционного управления. Внутри пульта расположен компьютер Industrial PC c блоком бесперебойного питания Fortress 750 и другая пуско-регулирующая и коммутационная аппаратура.
Индустриальный компьютер с монитором и соответствующим программным обеспечением (HMI/SCADA) представляет собой операторскую станцию, которая выполняет следующие фунции:
- представление информации о технологическом процессе в виде мнемосхем, цифровых значений, графиков и текстовых сообщений;
- дистанционное управление;
- сигнализацию о технологических отклонениях и аппаратных отказах;
- регистрацию отклонений, отказов и данных технологического процесса в архивах.
Система сбора данных и оперативного диспетчерского управления (HMI/SCADA) представляет собой прикладную Windows-программу (программный пакет). Система разработана с учетом особенностей конкретного пакета и имеет модульно-ориетированную открытую архитектуру. Она предназначена для работы с операционными системами компании Microsoft и построена в соответствии с требованиями стандарта архитектуры распределенного сетевого управления (DNA) (см. рис.3).
Рис.3. Архитектура системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления
Поиск необходимой информации в операторской станции осуществляется с помощью диалога, предусматривающего работу с мнемосхемами, с сигнализацией, с архивами и выполнение некоторых системных процедур.
Кроме главного окна программы в операторской станции имеется две основные технологические мнемосхемы под названиями "Печь" и "Фильтр" (см. рис.4 и рис.5).
Рис.4. Мнемосхема вращающейся обжиговой печи "Печь"
Рис.5. Мнемосхема системы электрофильтров и дымососа "Фильтр"
Особенностью данной системы мониторинга является повышенное требование к детальной проработке графического отображения изменения (трендов) контролируемых параметров технологического процесса обжига. Для вызова отображения трендов используется пунк "Графики" меню главного окна программы, а также окон мнемосхем "Печь" и "Фильтр". Пример окна "Графики" показан на рис.6.
Рис.6. Пример окна "Графики"
Внедренная система мониторинга значительно расширила объем полезной информации о протекании процесса обжига. В распоряжение оператора обжиговой печи поступает в удобной для восприятия форме дополнительная информация о динамике процесса обжига, а также значения новых параметров, получаемых расчетным путем. В результате этого процес обжига на двух вращающихся печах ОАО "Мыколаевцемент" ведется на новом качественном уровне, что, по мнению специалистов, дает основание считать внедрение данной системы мониторинга экономически выгодным и целесообразным мероприятием.