Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ШЛАМА В ЦЕМЕНТНУЮ ПЕЧЬ

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к мокрому способу производства цемента на стадии транспортировки шлама в цементную печь. Изобретение может быть использовано в металлургической, химической и других отраслях промышленности, где необходимо осуществлять перекачку шламов, суспензий и вязкопластических сред и решать проблему снижения влажности и увеличения подвижности.

Известно устройство шламового питателя вращающейся печи, включающее корпус, разделенный вертикальными перегородками на емкости постоянного уровня, перелива и питания печи шламом, при этом в структуру питателя входит патрубок для слива избыточного шлама обратно в шламбассейн. Однако это устройство не обеспечивает высокого качества управления процессом транспортирования шлама, так как в нем не предусматривается регулирование расхода перекачиваемого шлама в шламовый питатель, при этом избыточный шлам из шламового питателя возвращается обратно в шламбассейн, на что затрачивается дополнительная и неоправданная электроэнергия [авт. свид. СССР №827936, кл. F27B 7/32, 1981].

Известен способ автоматического контроля и регулирования процесса загрузки шламом (пульпой) вращающейся цементной печи, включающий измерение влажности, плотности и весового расхода шлама. А с целью повышения эффективности процесса дозирования шлама дополнительно определяют вес твердого материала в шламе. Перемножая значение сигнала весового расхода шлама на значение сигнала влажности шлама, и далее на основе величины полученного произведения и заданного значения весового расхода твердого материала в шламе, выполняют регулирование процесса загрузки печи шламом [авт. свид. СССР №295003, кл. F27B 7/32, 1971].

Недостатком этого способа является то, что при подаче шлама не предусмотрена стабилизирующая емкость, так как при заданном небольшом значении расхода шлама в печь шламнасос на низких оборотах не сможет обеспечить необходимой подачи и создать необходимый напор.

Наиболее близким по технической сущности изобретения является способ автоматизированного управления процессом подачи шлама в цементную печь, включающий контроль подачи, химического состава и влажности шлама, подаваемого в печь [патент на изобретение RU №2506510, F27B 7/42, 2014].

В этом способе, с целью снижения энергозатрат на перекачку шлама из шламбассейна в печь и получение клинкера, увеличения производительности технологического оборудования, а также стабилизации технологического процесса обжига и улучшения качества получаемого клинкера, осуществляется непрерывное автоматизированное регулирование подачи шлама в печь. При этом автоматизированное регулирование осуществляется за счет автоматического управления двигателем насоса шлама, который установлен на выходе из шламбассейна и оснащен частотным преобразователем. При этом с целью стабилизации расхода шлама поддерживается постоянный уровень шлама в промежуточном буферном бачке шлама, на выходе которого установлены расходомер шлама и задвижка, с помощью которой в автоматизированном режиме поддерживается заданный и откорректированный расход шлама в печь.

В предлагаемом способе, кроме задания оператором производительности печи по получаемому клинкеру, дополнительно предусматривается корректирование сигнала, устанавливающего расход шлама в печь. При этом корректирование сигнала, устанавливающего расход шлама в печь, осуществляется по физико-химическим параметрам шлама, а именно по его химическому составу (например, по содержанию основных оксидов, коэффициенту насыщения, силикатному и глиноземному модулям), влажности и плотности шлама, а также рассчитанному тепловому эффекту клинкерообразования. Дополнительно корректирование сигнала, устанавливающего расход шлама в печь, осуществляется по степени нагрева корпуса печи в зоне теплообменных устройств, а именно по измеренной энтальпии корпуса печи в зоне теплообменных устройств и температуре на выходе из зоны теплообменных устройств.

Недостатком этого способа является то, что при подаче шлама в печь не учитываются его реологические свойства, в частности его вязкость и подвижность, что вызывает нестабильность подачи шлама, неоправданные затраты электроэнергии при транспортировании шлама в печь, а также и увеличение расхода топлива на обжиг клинкера.

Заявленный технический результат заключается в непрерывном регулировании подвижности и расхода перекачиваемого шлама в печь.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что способ регулирования подачи шлама в цементную печь включает измерение расхода, влажности и плотности шлама в выходном патрубке шламового насоса, посредством которого осуществляют подачу шлама в печь из шламбассейна, и непрерывное регулирование расхода шлама с учетом изменений указанных параметров. В предложенном решении регулируют подвижность шлама посредством вибрирующего устройства, воздействующего на всасывающий патрубок шламового насоса с частотой вибрации, выбираемой из условия обеспечения максимальной подвижности шлама и регулируемой в зависимости от измеренного перепада давления шлама между входом и выходом всасывающего патрубка шламового насоса и тока двигателя шламового насоса. При этом расход шлама, подаваемого в печь, корректируют в соответствии с фактическим значением расхода, определяемого расходомером шлама, установленным на выходном патрубке шламового насоса, причем при увеличении расхода шлама, подаваемого в цементную печь, по отношению к заданному значению расход шлама, обусловленный увеличением подвижности шлама во входном патрубке, снижают, а при снижении - увеличивают.

Изобретение поясняется чертежами, где изображены на фиг. 1 - схема регулирования подачи шлама в цементную печь, на фиг. 2 - график зависимости перепада давления от вибрационного воздействия на него на различных частотах на участке измерения на всасывающем патрубке.

Схема регулирования подачи шлама в цементную печь (фиг. 1), подвижности и стабилизации подачи шлама в цементную печь включает два контура автоматизированного управления.

Первый контур регулирования подачи шлама в цементную печь включает следующие приборы и устройства: шламбассейн 1, всасывающий патрубок 2, шламнасос 3, вибратор 4, двигатель вибратора 5, частотный преобразователь 6, регулятор 7 частоты вибрации, задание 8 частоты вибрации вибратора 4, блок 9 расчета суммарного значения сигналов перепада давления на всасывающем патрубке и тока двигателя шламового насоса, блок 10 расчета перепада давления на всасывающем патрубке, манометр 11 для измерения давления на входе всасывающего патрубка, манометр 12 для измерения давления на выходе всасывающего патрубка, амперметр 13 для измерения тока, потребляемого двигателем 14 шламового насоса.

Второй контур автоматизированной стабилизации расхода шлама в печь включает следующие приборы и устройства: шламбассейн 1, всасывающий патрубок 2, шламнасос 3, двигатель 14 шламового насоса, выходной патрубок шламового насоса 15 в промежуточный буферный накопитель шлама 16, цементная печь 17, влагомер 18, плотномер 19, и расходомер 20 шлама, блок 21 расчета расхода шлама, частотный преобразователь 22 частоты вращения двигателя шламового насоса, задание 23 расхода шлама.

Способ регулирования подачи шлама в цементную печь осуществляется двумя контурами автоматизированного регулирования.

Первый контур осуществляет регулирование подвижности шлама за счет изменения его вязкости. Для реализации регулирования подвижности шлама необходимо определить форму зависимости тока двигателя шламового насоса 5 и перепада давления на всасывающем патрубке 2 от частоты вибратора 4, воздействующего на перекачиваемый шлам.

Известно, что при воздействии вибрирующего воздействия на шлам частотой в диапазоне от 10 до 35 Гц вязкость шлама снижается, возрастает его растекаемость и подвижность, это позволяет улучшить транспортирующие свойства шлама по трубопроводам.

Однако при вибрирующем воздействии на шлам на различных частотах значения вязкости шлама различны, что приводит к изменению входного сопротивления движению шлама во всасывающем патрубке. Следовательно, существует область оптимальных значений частоты вибрации при воздействии на шлам, а именно частоты вибрации вибрирующего устройства.

Кроме того, в процессе транспортирования шлама в цементную печь возможны изменения влажности, плотности, физико-химического и минералогического состава сырьевой смеси, содержащейся в шламе, что вызывает изменение реологических его свойств, а следовательно, изменяется вязкость и подвижность шлама. В этой связи необходимо дополнительно регулировать частоту колебаний вибрирующего устройства в зависимости от изменения физико-химических свойств шлама, вызывающих изменение вязкости шлама. Как следствие этого, возникает необходимость непрерывного поиска оптимальной частоты вибрации вибрирующего устройства на перемещаемый шлам.

Снижение сопротивления движению шлама во всасывающем патрубке приводит к изменению разрежения на всасывающем патрубке. В этой связи оказывается целесообразным измерять разрежение на упомянутом участке. В свою очередь, снижение сопротивления движению шлама во всасывающем патрубке приводит к увеличению подачи шлама в печь и снижению тока потребляемого двигателем шламового насоса. И наоборот увеличение сопротивления движению шлама во всасывающем патрубке приводит к снижению подачи шлама в печь и увеличению тока, потребляемого двигателем шламового насоса.

Следовательно, для обеспечения заданной подачи шлама в цементную печь появляется необходимость одновременного регулирования частоты вибрации вибрирующего устройства и тока, потребляемого двигателем шламового насоса. Обеспечение заданной подачи шлама достигается формированием управляющих сигналов, характеризующих сумму двух параметров, а именно потребляемого тока двигателя шламового насоса и перепада давления на всасывающем патрубке шламового насоса.

При этом, учитывая различную физическую природу измеряемых параметров, а именно перепада давления на всасывающем патрубке и тока, потребляемого электродвигателем, целесообразно представить измеряемые значения упомянутых параметров в безразмерных величинах.

При этом безразмерные величины тока и перепада давления можно получить делением текущего значения параметра в данный момент времени на максимально большее заранее известное значение.

Приведем пример расчета безразмерной суммы тока в двигателе шламового насоса и перепада давления на вибрационном устройстве. Пусть максимальный ток, потребляемый электродвигателем насоса, составляет I_m=50 А, а предельный перепад давлений на вибрирующем устройстве составляет ΔP_m=40 кПа. При этом примем, что в данный момент времени ток в электродвигателе равен I₁=35 А, а перепад давления ΔP₁=30 кПа. Далее рассчитаем безразмерную сумму в следующем виде:

Для того чтобы безразмерная сумма лежала в пределах от 0 до 1, добавим в знаменатель каждого слагаемого соответствующий дополнительный параметр. Тогда получим искомую безразмерную сумму:

Введение безразмерных величин позволяет организовать обратную связь для регулятора частоты вибрации.

На фиг. 2 приведен график, позволяющий реализовать приведенные зависимости, а именно перепада давления на участке измерения на всасывающем патрубке от вибрационного воздействия на него на различных частотах и тока двигателя шламового насоса.

Снижение вязкости и увеличение подвижности шлама дает возможность уменьшить влажность транспортируемого шлама в печь, а снижение влажности шлама позволяет снизить расход топлива, на стадии обжига клинкера, за счет экономии этого топлива, которое требуется на испарение уменьшенной части воды, содержащейся в шламе.

Увеличение подвижности шлама приводит к снижению гидродинамического сопротивления движению шлама на всасывающем патрубке шламового насоса, это приводит к снижению нагрузки на двигателе шламового насоса и, как следствие этого, снижению потребления электроэнергии на транспортирование шлама в печь.

Таким образом, в зависимости от изменения физико-химических свойств шлама, подаваемого из шламбассейна в печь, в выходном патрубке шламового насоса происходит изменение скорости движения шлама, а следовательно, непрерывно изменяется расход шлама и изменяется подача шлама в печь, что, в конечном счете, вызывает негативное воздействие на процессы, протекающие в цементной печи. В этой связи возникает необходимость автоматизированной стабилизации расхода шлама в печь регулированием скоростью вращения двигателя шламового насоса. Стабилизация процесса подачи шлама улучшает качество управления процессом обжига клинкера, так как снижение влажности и стабилизация подачи шлама увеличивает производительность печи.

Работа первого контура, необходимого для регулирования подвижности шлама, осуществляется в следующей последовательности: шлам из шламбассейна 1 через всасывающий патрубок 2 с помощью шламового насоса 3 подается через выходной патрубок шламового насоса 15 в промежуточный буферный накопитель 16 шлама и далее подается в печь 17. На всасывающем патрубке 2 устанавливается вибрирующее устройство 4, с помощью которого осуществляется вибрация всасывающего патрубка и через стенки упомянутого патрубка, частота вибрации передается на перекачиваемый шлам, что приводит к увеличению подвижности шлама.

Автоматизированное регулирование вязкости и, как следствие, подвижности шлама осуществляется с помощью регулятора 7 частоты вибрации, на который подается сигнал задания частоты вибрации вибратора от регулятора 8 и корректирующий сигнал от блока 9 расчета перепада давления на всасывающем патрубке и тока в двигателе шламового насоса. Измеренное значение перепада давления на всасывающем патрубке 2 и тока, потребляемого двигателем 14 шламового насоса и измеренного амперметром 13, определяется в блоке 9 расчета перепада давления. При этом значение перепада давления на всасывающем патрубке 2 определяется в блоке 10, на который подаются значения давлений от манометров 11 и 12. На регулятор 7 частоты вибрации вибратора подается также и фактическое значение частоты вибрации, измеренное на самом вибраторе. В результате сравнения заданных, вычисленных и измеренных значений частоты вибрации вибратора, из регулятора 7 частоты вибрации, вырабатывается управляющий сигнал, который подается на частотный преобразователь 6 и далее на двигатель 5 вибратора, который с помощью вибратора 4 осуществляет вибрирующее воздействие на всасывающий патрубок.

При этом для поиска оптимальной частоты вибрации сигналы, характеризующие перепад давления и потребляемый ток электродвигателя шламового насоса, представляют в безразмерном виде и складывают, причем выбор оптимальной частоты вибрации производят с таким расчетом, чтобы осуществлялось минимальное суммарное значение безразмерных величин расчета перепада давления и тока электродвигателя шламового насоса.

Работа второго контура, необходимого для автоматизированной стабилизации расхода шлама в печь 17, осуществляется в следующей последовательности: шлам из шламбассейна 1 через всасывающий патрубок 2 с помощью шламового насоса 3 подается через выходной патрубок шламового насоса 15 в промежуточный буферный накопитель шлама 16, и далее подается в печь 17. На выходном патрубке 15 шламового насоса установлены влагомер 18, плотномер 19 и расходомер 20 шлама. Вследствие воздействия вибратора 4 на всасывающий патрубок 2 происходит снижение вязкости шлама. Снижение вязкости шлама приводит к снижению гидравлического сопротивления движению шлама во всасывающем патрубке 2 и на входе в шламнасос 3. Это приводит к увеличению подвижности и скорости движения шлама, что в свою очередь приводит к увеличению объема шлама, перекачиваемого в печь 17.

Изменение вязкости шлама и его подвижности могут происходить и вследствие изменения влажности и плотности шлама, например вследствие расслоения в шламбассейне 1 по дисперсному составу в процессе хранения его в шламбассейне. Изменение вязкости шлама и его подвижности могут происходить также и вследствие нестабильной влажности на стадии его приготовления. Изменение подвижности шлама, а следовательно, и его расхода может быть вызвано также изменением его минералогического состава, например снижением содержания или увеличением монтмориллонита или бентонита. Эти глинистые минералы увеличивают вязкость шламов, так как обладают высокими сорбционными свойствами, и для снижения вязкости и увеличения подвижности шлама требуется увеличивать его влажность.

В этой связи, для автоматизированной стабилизации расхода шлама, осуществляется непрерывный контроль влажности, плотности и расхода шлама влагомером 18, плотномером 19 и расходомером 20. В блоке 21 происходит корректирование расхода шлама в печь в соответствии с заданием 23 расхода шлама и учетом измеренных значений влажности, плотности и действительного значения расхода шлама.

В целом, предлагаемый способ регулирования подачи шлама в цементную печь позволяет снизить затраты электроэнергии на транспортирование шлама, а также уменьшить затраты топлива на обжиг портландцементного клинкера, кроме этого, за счет снижения влажности шлама увеличить производительность технологического оборудования, а за счет стабилизации подачи шлама улучшить качество получаемого клинкера.