Технологічний процес виготовлення цементу
Міністерство освіти і науки України
Національний університет
“Львівська політехніка"
Інститут компютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра метрології, стандартизації та сертифікації
Курсовий проект
з дисципліни
«Контроль та діагностика в технологічних процесах«
на тему:
«Технологічний контроль виробництва цементу»
ст. гр. МС-31
Чурко Т.Р.
Прийняв:
к.т.н., доц.
Гоц Н.Є.
Львів 2011
АНОТАЦІЯ
Метою курсової роботи було дослідження методів та засобів технологічного контролю виробництва цементу. В результаті було досліджено основний метод та засоби контролю за температурою футеровки печі яка використовується під час виготовлення. В наслідок дослідження було зроблено висновок про розвиток та вдосконалення досліджуваного методу за засобів контролю.
The aim of term paper was research of methods and facilities of technological production of cement control. As a result a basic method and controls was investigational after the temperature of lining stove that is used during making. In the consequence of research was drawn conclusion about development and perfection of the investigated method at controls.
Зміст
ВСТУП 3
1.Технологічний процес виробництва цементу 4
1.1Загальні положення 4
1.2.Сировинна для виробництва цементного клінкера 6
1.3 Дроблення 7
1.4 Технологічне паливо та його характеристика 7
1.5 Подрібнення клінкера 9
1.6 Облік викидів в атмосферу з обертових печей 10
2.Основні контрольовані параметри 15
2.1Футерування печей 15
2.2Автоматизований контроль виробництва цементу 16
3.Засоби контролю 29
ВСТУП
Промисловість будівельних матеріалів відзначається складністю галузевої структури. Цементна промисловість в її складі - одна з найважливіших. Цемент використовується як основний в'яжучий матеріал у виробництві бетону, залізобетону і шлакоблоків. На даний момент, розвиток цементної промисловості частково стримується через певну недосконалість технологічного процесу виробництва цементу. Хоча за остані роки рівень виробницва нарощується і якість цементу і клінкеру зростає певні прогалини все ще існують.
Ціллю технологічного контролю виробництва цементу є контроль якості cировини і забезпечення якості виробленого цементу або клінкера. Контроль пpoцеcса містить у собі оперативний й фіксувальний контроль і націлений на оптимізацію пpoцеcів з використанням систем автоматизації, що забезпечує фіксування даних і виконання автоматичного регулювання пapaмeтpів пpоцесів виробництва цементу. Здійснення цих фyнкцій вимагає вимірювання великої кількості показників процесу виробництва за допомогою контрольний-вимірюючих пристроїв.
Тому, в звязку з тим що необхідно перевіряти одночасно багато параметрів починаючи з якості сировини і закінчуючи готуємо продуктом задля покращення якості готового продукту необхідно одночасно вдосконалювати технологічний процес на всіх стадіях виробництва. А це у свою чергу змушує шукати все новіші методи і підходи.
1.ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ВИГОТОВЛЕННЯ ЦЕМЕНТУ
1.1Загальні положення
Цементна галузь — матеріаломістка галузь, тому цементні затону розміщують у районах видобування сировини. У Донбасі залягають високоякісні карбонатні породи, тому тут споруджено найбільші цементні підприємства України — Амвросіївський цементний комбінат(до нього належать п'ять заводів і чотири кари' єри), Краматорський, Єнакіївський. Донецька область за виробництвом цементу посідає перше місце в Україні, Дніпропетровська — другу, Харківська — третє. Найбільші цементні затону розташовані в Кривому Розі, Дніпродзержинську й Дніпропетровську. Цементні затону цих областей випускають портландцемент і шлакопортландцемент, використовуючи для виробництва останнього шлаки металургійних заводів.
Цементні затону в західних
областях виробляють третину цементу
України. Найбільші затону зосереджено
у Львівській(Миколаїв), Рівненській(Здолбунів),
Івано - Франківській(Ямниця) та Хмельницькій(Кам'янець-
Порівняно менше виробляють цементу на півдні країни, хоча тут є високоякісна сировина. На території південних областей України працюють Бахчисарайський(Автономна Республіка Крим), Ольшанський(Миколаївська обл.), Одеський та інші затону.
На території України утворилися чотири великі зони виробництва цементу: південно - східна(Донецька обл.), північно - східна(Харківська обл.), центральна(Дніпропетровська обл.) та західна(Рівненська, Івано - Франківська, Львівська та Хмельницька області). Для цементної промисловості України характерна значна концентрація виробництва. У середньому на одне підприємство в Україні припадає 1,3 млн. т цементу на рік.
Нижче поданий вигляд печей для виготовлення цементу:
Рис.1.1 Вигляд цементних печей
Рис.1.2 Схема цементної печі
1-циліндричний корпус; 2 - бандажі; 3 - опорні ролики; 4-електродвигун;
5-редуктор; 6-шестерня; 7 - упорні ролики; 8-живлення печі; 9-дозатор;
10- паливний факел; 11-пальник; 12 - теплообміний пристрій; 13-димотяг;
14- фільтр; 15-холодильник
1.2.Сировинна для виробництва цементного клінкера
На більшості цементних
З карбонатних порід
-вапняк
-крейда
-мергель
Теоретичний розхід карбонатних порід(у абсолютно сухому стані) на 1 т клінкера коливається в межах від 1.2-1.3 т для чистого вапняку до 1.5-1.6 т для мергелів - натуралів(40-44%СаО)
З глинистих порід через їх природню еластичність використовують переважно такі як:
-глина
-суглинок
-алеврит
-глиняний сланець
У цементній промисловості
Теоретичний розхід глиняних порід(у абсолютно сухому стані) на 1 т клінкера при відносно чистих вапняках коливається в межах 0.28-0.3 т
З побічних продуктів інших галузей промисловості та різного роду добавок до цементу, сюди входити:
-белітовий шлам
-домений шлак
-сланцевий кокс
-гіпс
1.3 Дроблення
На вітчизняних цементних
У результаті великого дроблення получають продукт верхньою межею крупності порядку 100мм. У результаті середнього дроблення крупність матеріалу зменшується до 10-12 мм, а при дрібному до 3-10мм.
По конструктивним ознакам дробильні машини розділяють на:
1)щокові дробарки-ці дробарки руйнують матеріал шляхом роздавлення та розколювання.Використовують для великого та середнього дроблення.
2)конусні дробарки- матеріал руйнується за рахунок роздавлення, розломлення та ламання.Використовують для середнього та дрібного дроблення.
3)валкові дробилки-даний тип дробарок складається з валків які крутяться навколо власних паралельно розміщених осей і матеріал за рахунок цього роздавлюється або ламається.Використовують для первинної обробки м'яких порід цементної сировини. Сморід не дають перемеленого кінцевого продукту.
4)молоткові дробилки-це дробарки де матеріал дробиться ударами молота. Використовують для одне стадійного дроблення сировини
1.4 Технологічне паливо та його характеристика
Для обпалювання цементного клінкера використовують різного роду паливо.
У вітчизняній промисловості
Паливо у вигляді пилу яку використовують для обпалювання клінкеру повинне володіти достатньою теплотворною здатністю
Для обпалювання використовується також рідке паливо-топковий мазут. У залежності від вмісту сірки розрізняють низькосірчаний, сірчаний,
та високосірчаний. А в залежності від кількості парафіну розрізняють звичайний та високопарафіновий.
З газоподібного палива для обпалювання клінкера в обертових печах використовують переважно природній газ. Інколи використовують суміш природного газу з газом підземної газифікації вугілля і коксовий газ.
Газоподібне паливо для обпалювання цементного клінкеру найбільш ефективний палива. Горючі гази, які доставляються на цементний завод в якості палива, як правило надходять по тим же магістральних трубопроводах, що й горючі гази для комунально-побутових потреб і на них поширюються
вимоги ГОСТ 5542-87.
Для досягнення температури, необхідної для отримання цементного клінкера, паливо спікається безпосередньо в обертовій печі. При цьому технологічна зона спікання розміщена в зоні максимальних температур зони горіння палива.
Процес утворення клінкера при певній швидкості руху матеріалу і перемішування, відбувається при певних положеннях печі, довжині та температурі зони горіння. Температура в зоні горіння залежить від швидкості горіння палива.
Вугілля, яку надходить в піч спочатку підсушується після чого загорається. Тверде паливо тепло нестійке, і різьке підвищення температури приводити до його на кокс та летючі речовини. При великому вмісті летючих речовин паливо зарано загорається і факел горіння буде занадто розтягнутим, а при меншій кількості летючих речовин процес горіння більш концентрований.
Для спалювання мазуту в обертових печах використовують механічні форсунки, які у свою чергу забезпечують необхідну тонкість розпилення. Каплі мазуту, які потрапили в зону горіння, починають інтенсивно випаровуватись вже при 150̊ Із загораються.
Для спалювання газоподібного палива, в обертових печах використовують переважно одне канальні газові пальники. Одноканальні газові пальники являють собою циліндричну трубу, по якій газ подається в піч зі швидкість 200-300м/с. Зазвичай в печах встановлюється по 2 таких пальника, що у свою чергу дає змогу міняти положення зони горіння та зони спікання в обертових печах.
1.5 Подрібнення клінкера
Для дрібного подрібнення клінкера використовують млини з однократним проходженням матеріалу та помольні агрегати.
Валові млини. На цементних заводах для перемелювання використовують валові млини. Млини такого типу працюють в замкнутому циклі з сепараторами. У них суміщені помів та сушка матеріалів з високою вологістю, яка часом досягає 20%.
Такого типу млин складається
з горизонтально обертаючої тарілки,
закріпленої на вертикальному стержні,
і двох великих катків насаджених
на нерухомі осі і пружин які притискають
катки до тарілки. Матеріал попадає
через спеціальний боковий
Продуктивність такого млина коливається в межах 40-90 т/рік, питомі витрати електроенергії може досягати 11-12 кВт* рік/т .
Струменеві млини, було розроблено ще в СРСР, і сморід призначались для дрібного помелу сировини та клінкера. Подрібнення засноване на співударі шматків матеріалу що подрібнюється, направлених назустріч один одному на великій швидкості і взаємному стиранні матеріалу. Щоб надати матеріалу велику швидкість руху в якості енергоносія можуть бути використанні стиснуте повітря, перегріта пара, продукти згорання рідкого та газоподібного палива. Робочі поверхні труб для розгону та робочої камери виготовляється з високоміцних керамічних матеріалів. Якість помелу якові можуть забезпечити даний тип млинів коливається в межах 30-40 мкм.
Рис 1.3 - Так виглядає продукт обжигання-клінкер, який далі підається помелу
1.6 Облік викидів в атмосферу з обертових печей
Періодом розжига вважається час від займання факела до виведення печі на стаціонарний(експлуатаційний) режим з розрахунковою продуктивністю . У цей період нагрівання печі здійснюється шляхом повільного збільшення витрати палива і повітря аж до досягнення в зоні спікання температури
необхідною для отримання
Подання високої напруги на електрофільтри не лімітуються умовами спалювання палива (утворенням продуктів недопалення), а визначається точкою роси газів, що відходять щоб уникнути поверхневого електричного пробою внаслідок конденсації пари води і сірчистого ангідриду на стінках і
опорно-прохідних ізоляторах. У технологічних регламентах знову проектованих заводів включення електрофільтрів повинне передбачатися через 15 - 20 хвилин після перекладу печі на головний привід і початку стаціонарного подання сировини, тобто при стабілізації режиму вигорання факела після чергового збільшення витрат палива і повітря. Температура газів в обрізі печі при цьому має бути не нижче 190 - 200 °С для мокрого способу і 800 - 850 °С – для сухого, а вміст кисню - не нижче 5 % в обрізі печі для мокрого способу і
9 % за останнім ступенем
режимі пічного агрегату цього типорозміру, а середня за час викиду витрата газів, що відходять, складає 90 % від експлуатаційного значення. Максимальна потужність викиду дорівнює викиду в експлуатаційному режимі
(1.1)
де
Vвх, μэ - витрата газів(нм3/ч), що відходять, і їх запилена (г/
нм3) на вході в електрофільтр в експлуатаційних умовах;
ηэ - міра очищення газів у включеному електрофільтрі.
Річний викид пилу за період розпалювання розраховується по
формулі:
де
τn - сумарна тривалість викидів пилу при
розжигах, ч/рік.
До коригування Правил експлуатації і оснащення печей газоаналізаторами подання високої напруги на електрофільтри, як і в Тимчасовій інструкції , допускається здійснювати після стабілізації режиму роботи пічного агрегату. При цьому за час від моменту подання сировини до включення електрофільтрів можуть відбуватися підвищені викиди пилу з концентрацією що у багато разів перевищує експлуатаційні значення.
Викиди оксидів азоту NOx відбуваються впродовж усього періоду розжига. Середня за часом витрата газів, що відходять, складає 75 %, а вміст NOx в них - 70 % від тих, що відповідають експлуатаційним значенням. Максимальна потужність викидів (в кінці процесу розжига) розраховується по формулах:
-
де
Vвых, CNOx - об'ємна витрата газів(нм3/ч), що відходять, і
сумарний вміст в них оксидів азоту(г/нм3) в
експлуатаційному режимі після електрофільтрів.
Значення CNOx визначаються прямими вимірами або
вибираються з додатка 2.
Річний викид NOx при розжигах відповідно рівний
Викиди діоксиду сірки відбуваються при спалюванні рідкого і твердого палива в період від займання факела до початку стаціонарного подання сировини в піч. Середня за час викиду витрата палива для печей сухого і мокрого способу складає відповідно 40 % і 55 % від експлуатаційних значень. Максимальна потужність викидів (безпосередньо перед поданням сировинного матеріалу) визначається по формулі:
де:
Вэ - витрата палива в експлуатаційному режимі, кг/годину;
Sp - зміст сірки в паливі(на робочу масу) %;
βso2 - доля оксидів сірки, що зв'язуються леткою золою палива
(для мазуту βso2 = 0,02 [5]).
Річний викид при розжигах складає
де:- сумарна тривалість викидів оксиду сірки за
час розжигов, ч/рік
КВ - коефіцієнт, що враховує зменшення витрати палива в
період розжига
При суворому дотриманні вимог до спалювання палива відбувається практично повне згорання. Максимальне зміст оксиду вуглецю в газах(на початку розжига), що відходять = 0,2 % (0,25 г/нм3)[4], а його середнє значення за увесь період розжига складає 40 % від максимального. Така низька концентрація не погіршує показники пожаровибухобезпечності газів, що відходять(див табл. 1). З урахуванням того, що середня за часом розжига витрата газів, що відходять, складає 75 % від експлуатаційного значення,максимальна потужність і річний викид можуть бути розраховані по формулах:
Таблиця 1.1 - Зміст оксидів азоту NOх в газах, що відходять цементних печей, що обертаються, в експлуатаційних режимах
Обпалювальний агрегат |
Спосіб виробництва |
Вид палива |
Зміст NOх, г/нм3 | ||||
Концентрація кисню, % | |||||||
8.0 |
9.0 |
10.0 |
11.0 |
12.0 | |||
З піччю діаметром менше 4 м |
мокрий |
газ |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
мазут |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
0,3 |
0,4 | ||
вугілля |
0,7 |
0,7 |
0,8 |
0,6 |
0,36 | ||
Із запічним циклонним теплообмінником и декарбонізатором |
мокрий |
газ |
|||||
мазут |
|||||||
вугілля |
|||||||
З піччю діаметром більше 4м |
сухий |
газ |
|||||
мазут |
|||||||
вугілля |
|||||||
Продовження таблиці 1.1
Із запічним циклонним теплообмінником без утилізації теплогазів, що відходять |
сухий |
газ |
|||||
мазут |
|||||||
вугілля |
|||||||
Із запічним циклонним теплообмінником з утилізацією тепло газів, що відходять |
сухий |
газ |
|||||
мазут |
|||||||
вугілля |
|||||||
З конвеєрним кальцинатором |
сухий |
газ |
|||||
мазут |
|||||||
вугілля |
2.ОСНОВНІ КОНТРОЛЬОВАНІ ПАРАМЕТРИ
2.1Футерування печей
Основними властивостями вогнеупор які визначають можливість та доцільність їх використання в різних зонах печі є : вогнестійкість, температура деформації під навантаженням, термічна стійкість, шлакостійкість, міцність, теплопровідність, та пористість.
Крім штучних вогнестійких виробів
для окремих ділянок
Футерують піч повздовжніми рядами, розміщеними строго вздовж утвореної печі, з перев'язкою поперечних швів. Цеглу необхідно вкладати строго по радіусу печі, в іншому випадку виходить дефектна кладка « засічками».
Вогнеупор укладують до тихий пір,
поки футерування дещо не перевищить
половину окружності печі. Потім укладену
футерування кріплять тим чи іншим
способом: металевими розтяжками або
шляхом приклеювання окремих рядів
кладки.Між приклеєними
Стійкість футерування в зоні спікання залежить від великого числа факторів, основними з яких є: вид вогнеупори та технологічного палива, діаметр печі та ритмічність її роботи, якість та схема укладання футерування, степінь стабільності теплотехнічного та технологічного режимів роботи печі, механічного стану корпусів печі.
У значній мірі підвищується стійкість
футерування при використанні в
якості технологічного палива газу замість
вугілля; при цьому тривалість кампанії
футерування зростає в 1.4-1.7 вражай.
Значним резервом підвищення стійкості
футерування в зоні спікання може
служити використання спеціальних
приладів та пристроїв для
Дані пристрої дозволяють завчасно,
в процесі роботи печі, визначати
ділянки можливого прогару
2.2Автоматизований контроль виробництва цементу
Основними завданнями контролю цементного виробництва є:
-забезпечення стабільного виробництва цементу заданої якості при високих техніко - економічних показниках роботи обладнання;
-контроль якості прибуваючої на завод сировини, палива, різного роду добавок, та інших матеріалів;
-розрахунок та контроль складу сировинної суміші;
-оперативний контроль технологічних параметрів роботи роботи обладнання
-аналіз даних по стану технологічних процесів, якості продукції та економічних показників з метою вдосконалення виробничих процесів та уточнення технологічних нормативів та схем контролю;
Контроль виробництва цементу складається з :
-оперативного контролю за дотриманням встановлених технологічних нормативів і заданого рівня якості сировини чи готової продукції на окремих етапах виробництва;
-технологічного контролю, який дає достатньо повні данні про якість та фізико - хімічну характеристику перероблюваного матеріалу та готової продукції, на основі яких здійснюється координуючий контроль за виробництвом цементу та встановлюються нормативи технологічної карти заводу.
Автоматизація технології виробництва дозволяє підприємству значно підвищити ефективність виробничого процесу за рахунок оптимізації взаємовідносин з постачальниками, скорочення часу на розробку нових видів продукції, зменшення часу технологічного циклу виготовлення продукції, можливості отримання інструментів для гнучкого управління процесом виробництва на усіх його стадіях. Заходи по автоматизації виробничої, логістичної, маркетингової діяльності підприємства забезпечують значне зниження собівартості продукції, скорочення часу виведення нової продукції на ринок, тим самим підвищуючи її конкурентоспроможність. Зокрема, значного скорочення трудових і матеріальних витрат дозволяє досягти застосування Систем планування ресурсів підприємства, відомих, як ERP- системи. Вони призначені в першу чергу для автоматизації обліку і управління. Мета впровадження ERP- системи полягає в тому, щоб підвищити якість роботи підприємства за рахунок підвищення інформативності виробничого процесу виробництва цементу, автоматизації бізнес-процесів і застосування систем планування. При цьому, слід зазначити, що висока ефективність систем обліку і планування можлива тільки при їх правильному застосуванні, яке визначається попереднім аналізом взаємодії усіх елементів виробництва. Значне скорочення витрат при якісному впровадженні ERP- системи можливо вже тільки за рахунок скорочення і оптимізації складських запасів початкової сировини.
У основі систем ERP лежить принцип
створення єдиного сховища
ведення конструкторських і технологічних специфікацій цементної продукції, що виготовляється, визначальний склад і марку вироблюваної продукції, а також планування і контроль споживання матеріальних ресурсів і виконання окремих операцій;
формування планів продажів готової продукції і об'єм виробничої програми підприємства;
системи управління ресурсами підприємства дозволяють планувати потреби в матеріалах і комплектуючих по кожній виробничій ділянці, а також визначати терміни і об'єми поставок для виконання плану виробництва продукції;
У рамках єдиної інформаційної бази,
виробниче підприємство дістає можливість
спростити документообіг для
управління запасами і закупівлями.
Ведення договорів, реалізація централізованих
закупівель, забезпечення обліку і
оптимізації складських і цехових
запасів - усе це здійснюється без
необхідності зайвого адміністрування.
Системи ERP полегшують завдання планування
виробничих потужностей від укрупненого
планування до використання окремих
верстатів і устаткування, в єдиному
сховищі інформації міститься усі
дані за технічними характеристиками
устаткування, рівні його використання
і зносі. Крім того автоматизація
управління ресурсами технологічним
процесами оптимізує і
Слід ще раз повторити, що важливим
моментом для правильного проведення
автоматизації бізнес-процесів підприємства
є повний аналіз взаємозв'язків окремих
виробничих, технологічних, управлінських
і маркентинговых операцій. Сучасний
підхід класичних ERP- системи в корені
відрізняється від так званого
« коробкового» програмного забезпечення,
коли впровадження частенько ведеться
неспеціалістами і призводить до
помилок, що призводять нерідко до зворотних
результатів. Комплекс заходів, визначуваних
технологіями автоматизації ERP, покликаний
для створення нової бізнес-