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.