Автоматизация процесса обжига извести в шахтной печи с целью повышения эффективности системы управления

автоматизация процесса обжига извести в шахтной печи с целью повышения эффективности системы управления

Разработал: студент группы ВАУ-526 Котляр Е.Н.

Руководитель: доцент Медведева Л. И.

В данном проекте рассматривается процесс обжига извести в шахтной печи. Целью проекта является повышение эффективности системы управления процесса, его безопасности,  создание  условий  для оптимального использования ресурсов производства. Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи: исследованы динамические и технологические особенности процесса обжига извести в шахтной печи; определен объект управления и его математическое описание,  с целью исследования его характеристик; разработана система управления процессом, включающая выбор регулируемых, контролируемых и сигнализируемых параметров; определены мероприятия по безопасному функционированию технологического процесса и оборудования; выбраны современные технические средства автоматизации,  которые отвечают условиям работы и эксплуатации; проведено экономическое обоснование проекта.

Процесс заключается в следующем: обжигаемый сырьевой материал загружается в верхнюю часть печи и подогревается продуктами горения в противоточном режиме до достижения зоны обжига. В зоне обжига материал обжигается за счет сгорания топлива, подаваемого вместе с первичным воздухом для сжигания через радиально расположенные фурмы горелки и центральную. Охлаждающий воздух вводится у разгрузочного стола печи, и охлаждает продукт в противоточном режиме. Горячий охлаждающий воздух движется вверх в зону обжига и используется там как вторичный воздух для сжигания. Из верхней части печи отходящие газы направляются в систему очистки от пыли.

Для повышения эффективности труда,  создания  условий  для оптимального использования ресурсов производства была разработана система управления процессом, были определены контролируемые, регулируемые и сигнализируемые параметры. В качестве регулируемых параметров выбраны: уровень известняка в печи, в промежуточной и основной корзине, в бункере готовой продукции;  температура внутри печи и после теплообменника; вес извести, выгружаемой из печи; соотношение расходов природного газа, воздуха и рециркулята, идущих на горение; давление внутри печи, газовом трубопроводе и трубопроводе отработанных газов. В качестве контролируемых параметров выбраны: температура футеровки; и на выходе из печи; температура отработанных газов; качество и концентрация отработанных газов. Сигнализируемые параметры: уровень в основной корзине, в промежуточной корзине, в печи, в бункере готовой продукции; температура футеровки; температура отработанных газов.

Также сделан выбор средств автоматизации: приборы для измерения температуры – ТХАУ метран 271 (до 1000⁰С), ТННУ (до 1200⁰С); приборы для измерения давления — АИР-20-ДИ (избыточного давления); АИР-20-ДИВ (давления-разряжения); приборы для измерения уровня - Vegacap 65; приборы для измерения расхода – Тирэс 100 (200,300); газоанализатор – Гамма-100; сигнализаторы конечных положений – КВД-600; весы – УВТЭ ДИ-1600; блок питания – Карат-22; устройство плавного пуска – Siemens Sirius 3RW3034; запально-защитное устройство – ЗЗУ-ОМС; регулирующие и отсечные клапаны с электроприводом – Regada SP0. В качестве контроллера выбран Siemens S7-400, к преимуществам которого относятся: большая производительность, конструкция отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания, возможность подключения большого количества сигнальных и функциональных модулей.

Разработана математическая модель объекта управления. Передаточная функция объекта имеет вид:

Произведен расчет настроек регулятора. Передаточная функция Пи-регулятора:

Система управления является устойчивой, управляемой и наблюдаемой, качественные показатели регулирования отвечают технологическому регламенту.

Также был произведен экономический расчет, показавший целесообразность внедрения данной системы, окупаемость которой составит 3,22 года, рентабельность – 31%, экономический эффект – 618 187,73 руб.

Дипломный проект представлен в форме доклада «Автоматизация процесса обжига извести в шахтной печи с целью повышения эффективности системы управления» на XV-ой научно – практической конференции молодых ученых и студентов города Волжского, а также на VI межрегиональной научно-практической конференции «Взаимодействие научно-исследовательских подразделений промышленных предприятий и ВУЗов с целью повышения эффективности управления и производства» в 2010 году.