Реферат: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть 2
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ"
Часть 2
Составитель Мекинян Ю.Г.
Киев 2002
Оглавление
АСУТП барабанных котлов 3
АСУТП прямоточных котлов 5
АСУТП блоков “котел-турбина” 6
АСУТП подготовки рудного сырья 10
АСУТП доменного производства 12
АСУТП сталеплавильного производства 13
АСУТП нагревательных устройств прокатных цехов 15
АСУТП приготовления вискозного раствора 16
АСУТП подготовки бумажной массы 22
АСУТП производства технического углерода 26
АСУТП производства винилхлорида 30
АСУТП эмульсионной полимеризации винилхлорида 33
АСУТП производства листового стекла 34
АСУТП первичной перегонки нефти 37
Настоящие указания являются продолжением опубликованных методических указаний по дисциплине "Проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" и содержат описание непрерывных технологических процессов в энергетике, химической и нефтехимической промышленности, а также в черной металлургии, которые могут быть выбраны в качестве объектов управления при выполнении комплексных курсовых проектов по дисциплине "Проектирование АСУНТП".
В методических указаниях представлены структурные схемы технологических агрегатов и установок, приведены значения основных технологических параметров процессов, а также требования к системам автоматического управления. Кроме того, даны ссылки на литературные источники, в которых имеются более подробные описания технологических процессов, данные их экспериментальных исследований и сведения об их автоматизации.
^ I. АСУТП БАРАБАННЫХ КОТЛОВ
Барабанные паровые котлы бывают двух типов: с естественной и многократно принудительной циркуляцией.
В котлах с естественной циркуляцией питательная вода подается насосом в экономайзер, а из него - в верхний барабан. В процессе естественной циркуляции, возникающей в испарительных поверхностях нагрева, образовавшаяся пароводяная смесь направляется в барабан, в котором разделяются пар и вода. Из барабана пар направляется на перегрев в пароперегреватель, а затем к потребителям.
Котлы низкого и среднего давления преимущественно выполняют с естественной циркуляцией, что объясняется в основном менее жесткими требованиями к качеству питательной воды, более простой системой автоматизации процессов горения и питания и отсутствием затрат электроэнергии на движение рабочей среды в испарительной системе.
В котлах c многократной принудительной циркуляцией питательная вода подается насосом в экономайзер и далее - в барабан. В испарительных поверхностях нагрева циркуляция осуществляется принудительно за счет работы насоса, включенного в контур циркуляции. Пар и вода разделяются в барабане, из которого пар направляется в паронагреватель и далее к потребителям.
Котлы с многократной принудительной циркуляцией применяют в основном для использования теплоты газов технологических и энерготехнологических агрегатов для выработки пара низких и средних параметров. При высоком давлении в таких котлах усложняются конструкции и условия работы циркуляционных насосов, работающих на воде с температурой более 300 °С.
Пуски и остановки барабанов котлов сопровождаются значительными изменениями напряжений в этих элементах под действием тепловых деформаций и имеющихся механических усилий. Поэтому пуски и остановки - наиболее ответственные периоды в эксплуатации, а также различные схемы и графики, имеющие отношение к пуску и остановке барабанных котлоагрегатов, подробно описаны в [2, с. 86-51]; сведения о статических и динамических характеристиках - в [1; 4].
Статические характеристики котла (влияние нагрузки, температуры питательной воды, воздушного режима топки и характеристик топлива на показатели его работы) описаны в [1, с. 490-495]; тепловые характеристики барабанного котла в зависимости от нагрузки и приведенной влажности [l, рис. 29.1, с. 492].
В период перехода от одного режима к другому аккумулированная в металле и рабочих средах теплота и запаздывание регулирования вызывают кратковременное нарушение материального и энергетического балансов котла и соответственно происходит изменение параметров, характеризующих его работу. Нестационарные процессы в котлах [1, с.495-497], а также тепловые характеристики котла в переходных процессах при изменении подачи питательной воды и при изменении тепловыделения в топке приведены в [1, рис.29.2,с.495] .
Динамической характеристикой котла называют зависимость изменения во времени параметров, характеризующих его работу при нанесении возмущений той или иной входной величине. Динамические характеристики, полученные экспериментальным или аналитическим путем, приведены в [1, с. 497-498] . С динамикой барабанного котла также можно ознакомиться в [4, с. 15-22].
Основная задача автоматических регуляторов горения барабанных котлов наряду с поддержанием постоянного давления пара - обеспечение экономичности процесса горения топлива путем подачи в топку соответствующих количеств топлива и воздуха.
Принципиальные схемы регуляторов горения изменяются в зависимости от вида сжигаемого топлива и типа топочного устройства.
Наиболее просто решается задача автоматизации камерных топок при сжигании горючего газа постоянного состава со стабильной теплотой сгорания. В этом случае можно применять наиболее простую схему регулирования с главным регулятором, действующим по принципу "топливо -воздух" [2, с. 73] . Схема автоматического регулирования процесса горения "теплота - топливо" [2, рис. 4-4] описана в [2, с. 73-75].
Автоматические регуляторы процесса горения, работающие по схеме "теплота - топливо", применяют для котлов с пылеугольными топками при наличии систем пылеприготовления с промежуточным бункером пыли. Схема регулирования пылеприготовления с шаровой барабанной мельницей и промежуточным бункером пыли [2, рис. 4-5] описана в [2, с. 75, 76] .
Одной из наиболее универсальных схем регулирования процесса горения котлов с шахто-мельничными топками является схема регулирования по соотношению "топливо - воздух" с автоматической корректировкой расхода общего воздуха по расходу пара [2, рис. 4-6, с. 76,4 , риc.4-4. с. 67]. Эта схема рекомендуется двя сжигания углей и сланцев и описана в [2, с. 76-77].
В [3] приведены и описаны принципиальные схемы регулирования процесса горения в барабанных котлах. При построении системы автоматического регулирования котельного агрегата одним из основных является вопрос о выборе принципиальной схемы регулирования. Общая принципиальная схема регулирования процесса горения в барабанных котлах [3, рис. 158. с. 289]. а также рекомендации по регулированию котлов о факельными топками представлены в [3, с. 289-301] . Там же приведены такие схемы;
-раздельного регулирования [3, рис. 159];
-последовательного включения [3, рис. 160];
-параллельно-последовательного включения [3, рис. I6l].
Регулирование питания водой барабанных паровых котлов - одна из основных операций в эксплуатации. Принципы действия регуляторов питания котлов даны в [3, c. 343-356]. Там же приведены:
-график кривой разгона регулируемого участка для случая наброса нагрузки [3, с. 178];
-схема одноимпульсного регулятора питания [3, рис. 179];
-статические характеристики регулятора питания [3, с. 180];
-кривая разгона процесса регулирования для одноимпульсного регулятора при набросе нагрузки [3, рис. 181];
-схема двух импульсного регулятора питания [3, рис. 182]
-график процесса регулирования для трех импульсного регулятора питания [3, рис. 184].
Для выполнения тепловых расчетов котла на ЭВМ в процессе разработки его конструкции, а также определения динамических характеристик его работы необходимо составление математической модели котла. Задача построения такой модели котла в общем случае сводится к определению операторов системы, определяющих изменение выходных величин при произвольном изменении входного воздействия. Рекомендации по построению математической модели приведены в [l, с. 498-501].
Для иллюстрации [l, рис. 29.3. с. 500] показана технологическая схема барабанного котла, а в [l, рис. 29.4, с. 501]- структурная схема его математической модели.
^ 2. АСУTП ПРЯМОТОЧНЫХ КОТЛОВ
Прямоточные паровые котлы большой производительности при высоких, сверхвысоких и сверхкритичных параметрах пара широко применяются на современных тепловых электростанциях. Такие котлы выпускаются промышленностью для работы на различных видах топлива производительностью 210 и 1000 т/ч с начальными параметрами пара 13.7 МПа, 560 °С и промежуточным перегревом до 560 °С, а также производительностью 1000, 1650, 2650, 3650, 3950 т/ч с параметрами пара 25 МПа, 565 0С и промежуточным перегревом до 567 °С.
В прямоточных котлах экономайзер, испарительная поверхность нагрева и паронагреватель конструктивно объединены. Проходя их последовательно, вода нагревается, испаряется и образовавшийся пар перегревается, после чего направляется к потребителям. Полное испарение воды происходит за время однократного прямоточного прохождения воды в испарительной части поверхности нагрева. Отсутствие барабана в промежуточных котлах высокого давления существенно на (8-10%) снижает затраты металла на изготовление котла по сравнению о барабанным котлом такой же мощности и давления. Котлы с давлением 25 МПа выполняют только прямоточными [l, рис. 14.1, с.306] .
На промышленных предприятиях и на небольших электростанциях прямоточные котлы не используются вследствие:
нецелесообразности применения пара сверхвысоких параметров в котлах относительно небольшой мощности;
высоких требований к питательной воде, обеспечение требуемого качества которой затруднено большими потерями конденсата пара;
дополнительных расходов электроэнергии на осуществление циркуляции среды в поверхностях нагрева и усложнении систем автоматического регулирования.
В эксплуатации современных котельных агрегатов наряду с процессами, определяющими экономичность, приобрели большое значение внутрикотловые процессы, которые влияют на надежность их работы и качество выдаваемого пара.
Нарушение водного режима может вызвать серьезную аварию котельного агрегата, а повышение содержания примесей в паре - привести к снижению экономичности и мощности турбин.
Задача организации водного режима состоит в предотвращении вредных последствий, которые возникают в котельном агрегате в связи с поступлением в него различных примесей с питательной водой. Очевидно, что исходным фактором организации водного рекима котла является качество питательной воды.
Организация водного режима прямоточных котлов описана в [2, с. 91-93].
Гидродинамика прямоточных котлов и расчет гидродинамической характеристики даны в [l, с. 239-245], схемы гидравлических контуров поверхностей нагрева с принудительным движением рабочего тела - в [l, рис. 10-12], гидравлическая характеристика змеевика прямоточного котла - в [1, рис. 10,13, с. 243] .
В [3, с. 375-385] приведены исходные данные для автоматического регулирования прямоточного котла. Там же представлены:
-кривая разгона прямоточного котла для температуры пара перед паронагревателем [3, рис. I94];
-графики компенсированного регулирования [3, рис. 195];
-варианты схем регулирования температуры пара перед паронагреватетем [3, рис. 196];
-схема регулятора температуры острого пара после паронагревателя [3, рис. 197] .
Схема автоматического регулирования прямоточного котла типа 67-CП [2, рис. 4-12] описана в [2, c. 82,83]. Здесь же приведены принципиальная растопочная схема при паралельной установке прямоточных котлов [3, рис. 3-15], а также график растопки котла 67-СП [2, рис. 3.16].
Рекомендации по расхолаживанию и остановке прямоточных котлов даны в [2, c. 65].
Схемы автоматического регулирования прямоточных котлов отличаются от схем для барабанных котлов значительно большей сложностью, потому что у прямоточных котлов изменение расхода топлива и питательной воды влияют на параметры пара более интенсивно,
В [2, рис. 4.11, c. 81] показана принципиальная схема автоматического регулирования прямоточного котла типа 68-СП на сверхвысокие параметры пара со вторичным перегревом. Два таких котла должны обеспечивать паром предвключенную турбину типа СВР-50. Производительность котла 300 т/ч.
Схема автоматики[2, с. 80-82] предусматривает работу в регулирующем режиме любого из двух котлов или обоих котлов вместе.
На прямоточном котле типа 67-СП была успешно проверена работа автоматики согласно новой схеме, построенной по принципу выполнения функции поддержания давления пара. Схема автоматического регулирования прямоточного котла типа 67-СП [2, риc. 4.12] и ее описание приведено в [2, с. 82. 83] .
B [3, с. 369-375] даны рекомендации по построению принципиальных cхем регулирования прямоточных котлов.
Схема регулирования прямоточного котла с предварительной синхронизацией подачи воды и топлива представлена в [3, рис. 192].
Схема регулирования прямоточного котла без предварительной синхронизации воды и топлива дана в [3, рис. 193].
Описание схем автоматического регулирования прямоточных котлов изложено в [3, с. 385-396], где также показаны:
-схема регулирования прямоточного котла [3, рис. 198];
-схема поверхностей батареи "скоростных" термопар [3, риc. 199];
-примерные графики распределения давлений в водопаровом тракте прямоточного котла и в питательной магистрали в зависимости от нагрузки [3, рис. 200].
Тепловой расчет котла на ЭВМ сводится к выполнению в определенной последовательности арифметических и логических операций. Порядок выполнения поверочного теплового расчета на ЭВМ приведен в [1. с. 418-421].
^ 3. АСУТП БЛОКОВ "КОТЕЛ - ТУРБИНА"
В регулируемом объекте "котел - турбина" наиболее полно проявляются характерные особенности каждого из составляющих его агрегатов.
Соединение в динамически замкнутую систему котельного агрегата, обладающего значительной инерционностью, и паровой турбины, являющейся относительно малоинерционным агрегатом, при изолированной работе такого блока ограничивают диапазон и скорость изменения нагрузки. Это объясняется тем, что блочные установки, создаваемые на базе энергооборудования большой мощности на высокие и сверхкритичеокие параметры пара, не обладают достаточной аккумулирующей способностью, чтобы обеспечить необходимое изменение выработки пара при больших скоростях изменения нагрузки. В блочных системах сброс нагрузки с турбины в силу быстрого закрытия паровыпускных клапанов турбины может привести к повышению давления после котла до значений, недопустимых по условиям эксплуатации. При набросе нагрузки на турбину из-за значительной инерционности котлоагрегата падение частоты вращения турбогенератора может достигнуть нежелательных значений.
Такая взаимосвязь между котлоагрегатом и турбиной заставляет рассматривать блочную установку "котел - турбина" как единую динамическую систему со многими регулируемыми параметрами.
Простейшая структурная схема блочной установки [4, рис. 1-1] выявляет технологические особенности взаимосвязи, между отдельными агрегатами, образующими блок "котел – турбина”. Описание схемы приведено в [4, с. 7-10 ].
Изучение динамики блоков позволяет более полно выявлять не только характерные особености процессов, происходящих в блочных установках при неустановившихся режимах, но и влияние технологических и конструктивных факторов оборудования на процесс регулирования.
Динамика процессов, происходящих в блоке, существенно зависит от инерционных свойств основного и вспомогательного оборудовавия. При этом инерционные свойства различных элементов блочной установки не одинаковы как по значению, так и по характеру.
С динамикой блока с барабанным котлом подробнее можно ознакомиться в [4, с. 15-22; 1, с. 497, 498]. Там же изображены следующие графики:
-характеристика относительного влияния подвода питательной воды и топлива на давление пара в котле [4, рис. 2-1];
-относительное влияние подвода теплоты к котлу и пароперегревателю на давление пара в барабане котла [4, рис. 2-3];
-относительное влияние на температуру перегрева подвода питательной воды в котел [4, рис. 2-4];
-относительное влияние подвода теплоты к котлу на температуру перагретого пара [4. рис. 2-5].
Здесь же можно ознакомиться с уравнением динамики барабанного котла. Динамика блока с прямоточным котлом описана в [4, с. 35-44].
Характерной особенностью прямоточного котла как объекта регулирования является одновременное влияние любого возмущения на все параметры котла.
Прямоточный котел по сравнению с барабанным - более сложный объект регулирования со многими взаимосвязанными параметрами. Поэтому выявление условий оптимальной автоматизации блоков с прямоточными котлами требует глубокого изучения динамики рабочих процессов и взаимосвязи их с технологической схемой блочной установки в целом.
В [4, c. 38-41] приведено исследование прямоточного котла на докритические параметры пара и даны:
-разгонные характеристики котла ПК-12-68СП по расходу острого пара, по температуре пара [4, рис. 2-14];
-экспериментальные разгонные характеристики блока "котел - турбина" при возму-щении расходом питательной воды (разгонная характеристика по расходу пара, температуре пара за радиационным пароперегревателем) [4, рис. 2-15];
-экспериментальная разгонная характеристика блока "котел - турбина" по расходу пара при возмущении расходом топлива [4, рис. 2-16] .
В[4, c. 42-44] приводятся результаты исследования прямоточного котла на сверхкритические параметры пара и изображены графики:
-изменения параметров по тракту котла ТПП-110 блока мощностью 300 МВт [4, рис. 2-7];
-разгонных характеристик опытного прямоточного котла на сверхкритические параметры пара [4, рис. 2-18].
Тепловая схема объединяет основное и вспомогательное оборудование блока, которое необходимо для обеспечения работы блочной установки во всех эксплуатационных режимах включая пуски и остановы. Элементы оборудования, используемые для пуска блока, называются пусковыми устройствами. Эти устройства предназначаются для согласования режимов работы котла и турбины при пуске. Пусковая схема определяется конструкцией турбины и котла, а также технологией пуска блока.
В энергоблок входят либо один котлоагрегат в сочетании с одной турбоустановкой (моноблок), либо два котлоагрегата и одна турбоустановка (дубльблок).
Пусковая схема дубльблока 150 МВт приведена в [4, рис. 6-1. с.118]. Схема главных паропроводов блока 150 МВт с барабанным котлом ТТМ-94, иллюстрирующая порядок разворота блока дана в [4, рис. 6-2] , схема главных паропроводов блока 130 МВт с барабанным котлом ТП-90 –в [4, рис. 6-3].
Принципиальные тепловые схемы блоков c котлом представлены в [4, рис. 6-4 - 6-6, с. 115-117] . В [4, рис. 6-7] показана схема главных паропроводов блока 800 МВт. Описание тепловых cхем блоков приведено в [4, c. 112-120 ] .
Рекомендации по автоматизации пуска блока с барабанным котлоагрегатом даны в [4, с. 120-129]. Здесь же изображены принципиальная схема автоматики пуска блока "котел - турбина" [4, рис. 6-8 ] и кривые изменения уровня воды в барабане при изменении параметров пара в котле [4, рис. 6-9 ].
Пуск блоков с прямоточными колоагрегатами в технологическом отношении более сложен, чем пуск блоков о барабанными котлоагрегатами.
Пуск энергетического блока связан с затратой теплоты и расходом топлива. Поэтому целесообразно сократить продолжительность пуска, что можно сделать при условии, если в течение всего пускового периода основные регулируемые параметры, характеризующие состояние оборудования, не будут иметь сколько-нибудь существенных отклонений от заданных значений. Эту задачу можно решить только с помощью автоматических рогуляторов или УВМ.
Применение УВМ для управления пуском энергетического блока является оптимальным решением. Большие возможности УВМ позволяют осуществлять сложные логические и вычислительные операции в большом объеме и тем самым с большим успехом реализовывать наиболее целесообразную программу пуска такого сложного объекта, как энергетический блок с прямоточным котлоагрегатом. Более подробно об автоматизации пуска блока с прямоточным котлоагрегатом можно ознакомиться в [4, с.I29-I46], там же изображены различные принципиальные схемы автоматического регулирования.
Автоматизация блочных установок включает в себя автоматическое регулирование основных параметров, характеризующих качество протекающих в установке процессов при нормальных эксплуатационных режимах, автоматическую защиту и блокировку оборудования, действующих при аварийных ситуациях, и автоматическое управление пусковыми операциями,
Структурная схема [4, рис. 1-2] дает представление об объеме автоматизации современного блока "котел - турбина". Схема описана в [4, с. 10-11] .
Применение УВМ в системах автоматического управления блока описано в [4, с. 13- 14], структурная схема системы автоматического управления блоком "котел - турбина" с использованием УВМ в[4, рис. 1-3],
Блок "котел - чурбина" - сложный объект регулирования, в котором единым рабочим процессом объединено различное технологическое оборудование .
Нормальная эксплуатация комплексной блочной установки зависит от работы взаимосвязанных отдельных агрегатов. В силу этого энергетические блоки "котел - турбина" являются динамическими системами со многими регулируемыми параметрами. Таким образом, блок "котел - турбина" как объект регулирования может рассматриваться в виде цепочки взаимосвязанных динамических звеньев, каждое из которых соответствует определенному технологическому элементу блока.
Принципиальные схемы регулирования блока c барабанным котлом описаны в [l, c. 23-35] здесь же приведены уравнения элементов блока, cxeмы и графики:
-принципиальная схема связанного регулирования блока с барабанным котлом [l, рис. 2-6];
-кривая переходных процессов для числа оборотов турбины [1, рис. 2-7];
-переходные процессы для связанной схемы регулирования блока
при возмущении по частоте [l, рис. 2-8];
-переходные процессы регулирования блока мощностью 150 МВт при внешних возмущениях [l. рис. 29];
-процессоры регулирования для связанной схемы регулирования блока с турбиной, имеющей динамическое переоткрытие клапанов [l, риc.2-10],
-принципиальные схемы несвязанного регулирования нагрузки блоков "котел- турбина" [1, рис. 2.11];
-переходные процессы регулирования блока 150 МВт по cхемe 1 при внешнем возмущении [1, рис. 2.I2].
Принципиальные схемы регулирования блока c прямоточным котлом
описаны в [4, c. 44, 45; 3. c. 369-375]. В [4, рис. 2-I9] показаны принципиальные схемы регулирования прямоточного котла с корректирующими впрысками.
Наиболее эффективными и технически оправданными для котлов с промбункерами пыли оказались схемы автоматического регулирования процесса горения, организуемые по импульсам "тепло - воздух" и "главный корректирующий регулятор давления - воздух".
Схемы автоматического регулирования процесса горения по импульсам ''теплота – воздух” и "главный корректирующий регулятор давления-воздух” с достаточной точностью поддерживают необходимый для экономического сгорания топлива избыток воздуха только при расчетных значаниях величин, характеризующих работу установки как в статике так и при переходных процессах. Поэтому для оптимизации процесса горения при режимах работы котла, отличных от расчетных, в этих схемах преду сматриваются кислородомеры для введения коррекции по величине свободного киснорода в уходящих из котла газах.
Схемы автоматического регулирования процесса горения с корректирующим импульсом по свободному кислороду в уходящих газах обеспечивают необходимую экономичность сгорания топлива в топках котлов при всех режимах работы котельных агрегатов,
В [4, с. 63] принципиальные схемы автоматического регулирования экономичности с коррекцией по свободному кислороду представлены в [4, рис. 4-1, с. 63]; схема регулирования экономичности горения котлоагрегата о двухсветными экранами - в [4, рис. 4-2] схема регулирования экономичности горения с корректирующим регулятором теплового процесса - в [4, рис. 4-3]; схема автоматизации котлов с шахтными мельницами, работающими по схеме прямого вдувавния — в [3, рис. 162; 4, рис. 4-4]; схема регулирования экономичности горения для котлов с шахтными мельницами приведена в [4, рис. 4-5. 3, рис. 163]; схема регулирования экономичности горения для котлов сжигающих жидкое топливо, приведена в [4, рис. 4-6].
Автоматизация питания барабанных котлов блочных установок предусматривает автоматическое управление питанием как при условиях нормального протекания эксплуатационных режимов работы котлоагрегата, так и при режимах работы при пуске и останове. Регулирование питания котла описано в [4, с. 69-72]; здеcь же показана схема автоматики узла питания котла водой [4, рис. 4-7] .
Рекомендации по регулированию температуры нагрева пара можно получить в [4, c. 72-8I]. Там же изображены:
различные схемы охлаждения первичного пара [4, рис. 4-8];
расчетная схема пароперегревателя [4, рис. 4-3];
схема регулирования температуры пара воздействием на впрыск [4, рис. 4-12];
схема автоматического регулирования температуры пара в промежуточной точке пароперегревателя [4, рис. 4-13];
схема автоматического регулирования температуры пара в промежуточной точке с использованием связи типа "люфт" [4, рис. 4-I4].
Автоматическое регулирование блоков с прямоточными котлами состоит из регулирований:
нагрузки [4, с. 83-89];
процесса горения [4. с. 90-95];
питания котла [4.с. 95-99];
температуры пара в контуре высокого давления [4, с. 100-106];
температуры пара вторичного перегрева [4, с. 106-111).
При выполнении курсового проекта можно воспользоваться также требованиями к организации безопасной эксплуатации котлов, изложенных в “Правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов”, Киев, 1999 г.
^ 4. АСУТП ПОДГОТОВКИ РУДНОГО СЫРЬЯ
Металлургический цикл начинается с агломерационной фабрики. Агломерационную шихту, состоящую из рудной части, флюсов, возврата и топлива (коксовой мелочи, тощего угля, антрацитового штыба и др.), загружают на конвейерную агломерационную машину (агломерационную ленту), зажигают сверху и спекают, просасывая через слой спекаемых материалов воздух.
Производственные операции, осуществляемые на агломерационной фабрике, показаны на упрощенной технологической схеме [6, c. 197]. Топливо измельчают в четырехвалковых дробилках, известняк дробят в молотковых дробилках или в тангенциальных шихтных мельницах и в случае необходимости обжигают в кольцевых шахтных печах. Расчетное соотношение отдельных компонентов в шихте поддерживают путем весового дозирования.
Шихту смешивают, увлажняют и окомковывают в барабанных смесителях. Процесс ведут таким образом, чтобы достичь максимальной газопроницаемости шихты. Окомкованную шихту укладывают на спекательную тележку, шихта зажигается при прохождении тележки под зажигательным горном. По мере движения спекательных тележек к хвостовой части машины горение с верхнего слоя распространяется в нижние слои.
При горении топлива образуется зона горения высотой 15... .30 мм, с температурой I400...I600 °С, передвигающаяся вниз к колосникам с вертикальной скоростью спекания = 0.2...0.6 мм/с. Спекаемая шихта перемещается от головной к хвостовой части машины со скоростью движения агломерационной ленты = 70...120 мм/с. В таких условиях зона горения приобретает форму наклонной плоскости [1, c. I97] . Основные параметры агломерационного процесса при установившемся режиме связаны следующим соотношением (статической характеристикой):
,
где la- длина зоны спекания (активная длина); h - высота слоя шихты; - время спекания.
Температура продуктов сгорания, выходящих из-под колосников, составляет 50...70 0С, и только при приближении зоны горения к колосникам (в районе последних вакуум-камер зоны спекания) повышается до 200...400 OC. Максимальная температура отходящих газов cвидетельствует об окончании процесса спекания. На некоторых агломерационных ма-шинах кроме, зоны спекания, предусмотрена также зона охлаждения агломератов. Охлажденный агломерат дробят и подвергают грохочению.
Спекательные тележки передвигают с помощью электропривода - двигателя постоянного тока. Скорость движения агломерационной ленты регулируют таким образом, чтобы процесс спекания заканчивался на заданной активной длине la .
На агломерационных фабриках осуществляется автоматический контроль и регулирование таких технологических параметров:
расхода шихты, всех шихтовых компонентов и постели;
содержания влаги в шихте;
расхода воды в смесители и окомкователи;
высоты слоя шихты;
температуры в секциях горна и интенсивности зажигания;
скорости движения спекательных тележек;
температуры отходящих газов в вакуум-камерах, коллекторе и перед эксгаустером;
разрежения в вакуум-камерах, коллекторе и перед эксгаутером;
расхода отходящих газов и содержания в них СO2 , СО, О2 и пыли перед эксгаустером;
температуры горячего агломерата и шихты;
температуры агломерата после охладителя;
уровня шихты в приемных и загрузочных бункерах;
высоты слоя спекаемой шихты.
С целью обеспечения максимальной производительности агломерационных машин и выпуска агломерата заданного качества на агломерационных фабриках внедряют АСУТП с применением средств вычислительной техники и экспресс-анализа шихтовых материалов и продуктов спекания.
В [6, с. 198] показана схема автоматизации агломерационной фабрики. Основные технические данные агломашин некоторых типов приведены в [7, с. 235].
Важным в подготовке рудного сырья является вопрос о контроле и автоматическом управлении подготовкой и подачей шихты.
Современные металлургические предприятия оборудованы рудоусреднительными комплексами (РУК), характерная производственная структура которых приведена в [6, с. 199]. В состав комплекса входят участки вагоноопрокидывателей накопительных складов, корпуса известкования железосодержащих материалов и дозировочных бункеров, смесительные отделения с барабанами-смесителями и двухсекционный рудоусреднительный склад.
Автоматизация трактов подачи шихты от вагоноопрокидывателей в корпуса известкования к дозирующим бункерам или на накопительные клады показана в функциональной схеме автоматизации на участке подачи шихты в пределах рудоусреднительного склада [6, c. 200, 201].
Если на заводе отсутствует рудоусреднительный комплекс, то сырье поступает сразу в бункера аглофабрики. Сырье взвешивают в вагонах, для чего используют платформенные механические весы или весы с тензометрическими датчиками [7, с. 236].
При автоматическом регулировании процесса дозирования в качестве регулирующих органов обычно используют барабанные, тарельчатые или вибрационные питатели. Вибрационный и тарельчатый электромагнитные питатели представлены в [6, с. 202; 7, с. 240] .
При малых расходах (0...10 кг/м) удобно использовать ленточные весоизмерители, например для дозирования топлива. Для дозирования известняка часто используют ленточные транспортерные весы. Просты и надежны весоизмерители с магнитоупругим чувствительным элементом [6, с. 203].
В [6, с. 204] приведены передаточные функции весоизмерителей, а также функциональная схема контроля и автоматического регулирования весового дозирования одного материала из нескольких бункеров. При полной автоматизации процесса дозирования схему несколько усложняют [7, с. 243].
Максимальной производительности агломерационной машины при заданном качестве агломерата можно достигнуть в том случае, если шихта поступает оптимального состава, уложена слоем заданной высоты, правильно дожжена и процесс спекания заканчивается точно в пределах рабочей длины зоны спекания. Для обеспечения таких условий агломашину оснащают системой контроля и регулирования основных и вспомогательных параметров процесса спекания.
В [6, таблица, c. 206-207] указаны связи между основными регулируемыми величинами и управляющими воздействиями, в [6, рисунок, c. 205] изображена двухконтурная схема, которая поддерживает соотношение расходов шихты и воды на увлажнение с коррекцией задания величины соотношения в зависимости от сигнала измерителя влажности.
В [6, рисунок, c. 209] приведена многоконтурная система, включающая в себя несколько взаимосвязанных простых контуров, которая предназначена для автоматического регулирования процесса зажигания шихты горном агломерационной машины.
В приложении даны динамические характеристики агломерационной машины и весоизмерительного устройства [6, с. 345].
Наряду c агломерацией окускование железорудных материалов успешно производится окатыванием. Этот способ переработки тонкоизмельченных концентратов заключается в окатывании концентрата в смеси со связывающими добавками в шарики диаметром 8...18 мм с последующим упрочнением при высокотемпературном обжиге. В качестве связующей добавки используют бентанит. При производстве офлюсованных окатышей в шихту добавляют известняк.
Основные операции технологического процесса: прием и подготовка бентонита; дозирование и смешивание шихты; окомковывание шихты и сортировка окатышей; обжиг окатышей, их сортировка и транспортировка.
В [30] приведены содержательная и математическая постановки задачи оптимального приготовления шихты.
В [6, рисунок, с. 212] показана функциональная схема автоматизации теплового режима обжиговой машины, включающая в себя узлы автоматического контроля и регу- лирования основных параметров: температуры в горне, распределения теплоты по зонам, вакуумно-дутьевого режима и высоты слоя окатышей на раллетах.
^ 5. АСУТП ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
В доменной печи в качестве шихтовых материалов используют руду, агломерат, окатыши, металлодобавки, кокс и флюсы (обычно известняк). В результате доменного процесса получают продукты плавки: чугун, шлак, колошниковый (доменный) газ и колошниковую пыль. Загруженные материалы продвигаются по шахте печи сверху вниз, а газы, образующиеся в горне, снизу вверх. В процессе плавки происходит восстановление различных элементов, в первую очередь железа, а кислород оксидов переходит в газ в виде СО и СО2.
Перед загрузкой в доменную печь пылевидную шихту увлажняют и на грохотах отсеивают коксовую мелочь. Загрузка шихты в печь полностью механизирована. Скиповый подъемник или конвейер поднимает шихту на колошник, затем она поступает в приемную воронку двухконусного засыпного аппарата. Для распределения шихты по сечению колошника предусмотрен вращающийся распределитель шихты (ВРШ).
Дутье подается в печь воздуходувными машинами, установленными на паровоздуходувной станции (ПВС). Перед подачей в печь дутье нагревают в регенеративных воздухонагревателях, увлажняют паром до заданного влагосодержания и обогащают кислородом. Обычно в доменных печах используют комбинированное дутье, содержащее в своем составе природный газ.
Доменный газ в системе газоочистки очищают от пыли в пылеуловителях (грубая очистка) и водой в скрубберах высокого и низкого давлений. После скруббера высокого давления газ пропускают через каплеуловитель для осушки.
Чугун и шлак из соответствующих леток по желобам поступают в ковши и в них транспортируются к месту использования. Для охлаждения пе
еще рефераты
Еще работы по разное
Реферат по разное
Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов дневной формы обучения специальности 230201 «Информационные системы и технологии» Брянск 2007
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания и задания для выполнения курсовой работы студентам очной и заочной форм подготовки по специальности «Экономика и управление на предприятии апк»
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания для выполнения контрольной работы для студентов бакалавриата
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания
17 Сентября 2013