Система автоматического управления процессами измельчения и сушки материала в помольном агрегате

Иэооретение относится к автоматизации процессов измельчения с одновременной сушкой материалов в помольных агрегатах и может быть использовано в горнообогатительной, теплоэнергетической, строительной и других отраслях промышленности; применяющих измельчение материала с одновременной подсушкой.10Цель изобретения " повышение качества управления.На чертеже изображена блок-схема системы управления.Система включает в себя топку 1, помольный агрегат 2, задатчик 3 расхода топлива, сумматор 4, регулятор 5 расхода топлива, датчик б расхода топлива, исполнительный механизм 7, регулирующий орган 8 расхода топлива, . вентилятор 9 подачи воздуха на горение, датчик 1 О давления воздуха на горение, первый преобразователь 11, регулятор 12 расхода воздуха на горение, исполнительный механизм 13, . регулирующий орган 14 расхода воздуха на горение, вентилятор 15 подачи воздуха на первичное разбавление датчик 16 давления воздуха на первичное разбавление, второй преобразователь .17, регулятор 18 расхода воздуха на первичное разбавление, исполнительный механизм 19, регулирующий орган 20 расхода воздуха на первичное разбавление, вентилятор 21 подачи воздуха на вторичное разбавле 35 ние, датчик 22 давления воздуха, третий преобразователь 23,регулятор 24 расхода воздуха на вторичное разбавление, эадатчик 25 расхода воздуха на вторичное разбавление, исполнительный механизм 26, регулирующий орган 27 расхода воздуха на вторичное ,разбавление, датчик 28 температуры газопылевого потока, регулятор 29 и задатчик 30 тем 45пературы гаэопылевого потока, датчик 31 расхода измельчаемога материала, задатчик 32 расхода теплоносителя в помольный агрегат, вычислительный блок ЗЗ, регулятор 34 температуры теплоносителя, датчик 35 температуры теплоносителя, датчик 36 давления теплоносителя, четвертый преобразователь 37, регулятор 38 расхода теплоносителя, переключатель 39 выбора режима управления, датчик 40 и задатчик 41 температуры топочных газов, регулятор 42 температуры тоночных газов, исполнительный меха"низм 43, регулирующий орган 44 подачи горячих газов от других источников, регулятор 45 расхода холодныхгазов, исполнительный механизм 46,регулирующий орган 47,подачи холод"ных газов и датчик 48 положения регулирующего органа 47.Система управления работает следующим образом.В цементной промышленности широкоеприменение в комплексе с помольными агрегатами, измельчающими сырьевые материалы, играют топки для вы"работки теплоносителя. Сырьевые материалы имеют большую влажность, поэтому их необходимо высушивать. Всовременных технологических линияхпроизводства цемента с целью рекуперации тепла для сушки сырьевых материалов используются также печные газы, при этом возможны три технологических режима подачи газов в качестве теплоносителя: газы в помольный1агрегат подаются только из топки;в качестве теплоносителя в помольныйагрегат подаются горячие печные газы,но в связи с их недостаточной температурой в помольный агрегат подаютсяи топочные газы; температура печныхгазов достаточна для материалов, топка в этом случае не работает, а дляпонижения температуры теплоносителяна входе в помольный агрегат печныегазы могут разбавляться более холодными рециркуляционными газами, отбираемыми за помольным агрегатом,В системе управления учитываютсявсе три технологических режима работы помольного агрегата путем изменения структуры системы управления спомощью переключателя выбора режима управления.При работе системы управления попервому технологическому режиму (в помольный агрегат подаются только топочные газы) линия связи между регулятором 34 температуры теплоносителя и сумматором 4 и линии связи между регулятором 38 расхода теплоносителя и регулятором 24 расхода воздуха на вторичное разбавление замкнуты, а линия связи между регулятором 42 температуры топочных газов и регулятором 24 расхода воздуха на вторичное разбавление, линия связи между регулятором 38 расхода теплоносителя и исполнительным механизмом 43 регули69032 б щей от преобразователя 23. В зависимости от величины отклонения регулятор 24 путем воздействия на исполнительный механизм 26 изменяет положе 55 ние регулирующего органа 27 таким образом, чтобы компенсировать откло 5. 15 рующего органа 44 подачи печных газов и линия связи между регулято-. ром 34 температуры теплоносителя и регулятором 45 расхода холодных (рециркуляционных) газов разомкнуты с помощью переключателя 39, установленного в положение Т (топка). В топку 1 подают топливо и воздух. При сгорании образуются газы с высокой температурои, которые разбавляются воздухом и подаются в помольный агрегат 2 в качестве теплоносителя (сушильного агента). В помольный агре" гат (дробилку, шаровую мельницу, валковую мельницу и т,п.) подают также материал, который необходимо измельчать и сушить до заданной влажности. На выходе помольного агрегата образуется газопылевой поток.При начальных условиях работы системы задатчиком 3 устанавливают необходимый расход топлива, значение которого через сумматор 4 поступает в качестве задания на регулятор 5 расхода топлива. В регуляторе 5 задан-. ная величина расхода топлива сравнивается с текущей величиной, поступающей от датчика 6 расхода топлива, и в зависимости от величины рассогласования регулятор 5 воздействует на исполнительный механизм 7, связанный с регулирующим органом 8 расхода топлива, тем самым компенсируя величину рассогласования.Для полного сгорания топлива пропорционально расходу топлива необходимо подавать воздух на горения с определенным коэффициентом избытка, составляющим обычно 1,03-1,1. Заданная.величина расхода топлива с сумматора 4 подается на вход регулятора 12 расхода воздуха, где в измерительном блоке масштабируется. Масштабный коэффициент подбирается такой величины, чтобы на выходе измерительного блока регулятора 12 получалась заданная величина расхода воздуха на горение с коэффициентом избытка воздуха ; 1,1Заданное значение расхода воздуха в элементе сравнения регулятора 12 сравнивается с текущей величиной расхода воздуха, поступающей от преобразователя 11, В зависимости от величины отклонения регулятор 12 выдает управляющее воздействие на исполнительный механизм 13, сочлененный с регулирующим органом 14 расхода воздуха, посту 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 пающего от вентилятора 9, Датчиком Оизмеряют динамическое давление возду ха на горение и подают измеренную величину в преобразователь 11, а навыходе преобразователя 1 получаетсявеличина расхода воздуха на горение.Подача воздуха на первичное раэ"бавление осуществляется вентилятором 15 через. регулирующий орган 20.Регулирование расхода происходит аналогично регулированиюрасхода возду"ха на горение. Величина расхода топлива от сумматора 4 поступает в измерительный блок регулятора 18, гдемасштабируется, исходя из условия,что общий коэффициент избытка воздуха,подаваемого в камеру горения с учетом воздуха первичного разбавления,не должен превышать значения 1,8.Полученная после масштабирования заданная величина расхода воздуха напервичное разбавление сравниваетсяс текущей величиной расхода воздухапоступающей. от преобразователя 17,и в зависимости от величины отклонения регулятор 18 воздействует на исполнительный механизм 19, сочлененный с регулирующим органом 20. Приизменении положения регулирующегооргана 20 изменяется в нужном направлении расход, а следовательно, давление, которое измеряется датчиком 16. Измеренная величина подаетсяна преобразователь 17., на выходекоторого получается текущая величина расхода воздуха на первичное разбавление,Получающиеся после горения и первичного разбавления высокотемпературные топочные газы (1200-1300 С)необходимо разбавлять атмосфернымвоздухом до технологической температуры (280-340 С)., Эта функция осуществляется путем подачи от вентилятора 21 через регулирующий орган 27необходимого количества. воздуха натак называемое вторичное разбавление.Начальный расход воздуха на вторичное разбавление устанавливается назадатчике 25 и поступает в регулятор 24, где сравнивается с текущейвеличиной расхода воздуха, поступаю0,8778 С "дс ,".д+ 210 СсдСсд ггде С д -расчетная заданная температура .теплоносителя на выходе иэ топки (входе в помольный агрегат);теплоемкость сушильного агента на, выходе из помоль 55 ного агрегата;расход измельчаемого материала (степень загрузки агрегата); нение. Динамическое давление, создаваемое воздухом, измеряется датчиком 22 и подается на преобразователь 23, на выходе которого образуется текущая величина расхода воздуха на вторичное разбавление.При управлении процессом измельчения степень загрузки памольного агрегата, а значит и расход материала изменяются. Следовательно, для стабилизации температуры газопылевого по.тока при известном изменяющемся расходе материала (или степени загрузки памольного агрегата) необходимо пода вать в помольный агрегат определенное количество теплоносителя с определенной температурой.Для стабилизации другого важнейшего показателя качества готового продукта - тонкости помола - необходимо стабилизировать аэродинамический режим,.т.е. количество теплоносителя задается исходя из условия стабилизации аэродинамического режима. 25Таким образом, зная заданную температуру газопыпевого потока за помольным агрегатом, заданный расход теплоносителя в помольный агрегат и расход материала (степень загрузки), по тепловому балансу можно опреде 1. лить температуру, которую должен иметь теплоноситель поступающий в помольный агрегат.Расчет заданной температуры теплоносителя осуществляется в вычисли 35 тельном блоке 33 на входы которого подключены выходы задатчика 30 температуры газопылевого потока датчика 31 расхода измельчаемого материала (степени загрузки помольного агрегата) и задатчика 32 расхода теплоносителя, по формуле теплового баланса помольного агрегататемпература газопылевого потока на выходе из помольногоагрегата; 1теплоемкость теплоносителяна выходе из топки (входе вагрегат);заданный объем (расход) теплоносителя на входе в агрегат; 0,8778и 210 - расчетные коэффициенты.Заданное значение температуры теплоносителя с выхода вычислительного блока 33 подают на вход регулятора 34, где эта величина сравнивается с текущей величиной температуры теплоносителя, поступающей от датчика 35. В зависимости от величины отклонения регулятор 34 по ПИ-закону вырабатывает корректирующую величину на расход топлива. Эта величина поступает на вход сумматора 4, в котором по формулеС = С + ЬС, (2)тгде С - общий заданный расхода топтлива;С - начальное заданное значениезрасхода топлива, поступающееот задатчика 3;тЬС - корректирующая поправка заданного значения расходатоплива, поступающая с выхода регулятора 34, вычисляется текущее заданное значение расхода топлива.Работа регулятора 5 расхода топлива, регулятора 12 расхода воздуха на горение и регулятора 18 расхода воздуха на первичное разбавление описана выше.Из-за наличия неучтенных возмущающих факторов (изменение влажности материала, подсосы воздуха и т.п.) температура гаэопылевого потока на выходе помольного агрегата может отклоняться от заданного значения даже при стабилизации температуры теплоносителя на входе в помольный агрегат, Возникающие отклонения компенси/руются регулятором 29 температурыгазопылевого потока, в котором сравниваются текущая величина температуры, поступающая от датчика 28, изаданная величина температуры, поступающая от задатчик 30. В зависимости от величины отклонения регулятор 29 по ПИ-закону вырабатывает кор9. 15 Ректирующую добавку к заданному значению температуры теплоносителя, по" ступающую на вход регулятора 34 температуры теплоносителя.При работе контуров стабилизации температуры газопылевого потока и температуры теплоносителя любое изменение расхода топлива вызывает изменение расхода топочных газов, а сле. довательно, нарушается аэродинамический режим, что недопустимо.Условием стабилизации аэродинамического режима является подача из топки заданного расхода теплоносителя, Заданное значение расхода теплоносителя устанавливается на задатчике 32 вручную машинистом-оператором или автоматически контуром стабилизации аэродинамического режима (не показан). В регуляторе 38 расхода теплоносителя заданное значение расхода теплоносителя сравнивается с текущим значением расхода теплоносителя, поступающим от преобразователя 37,вход которого соединен с датчиком 36 дина-, мического давления теплоносителя. В зависимости от величины отклонения регулятор 38 вырабатывает корректирующую добавку на заданный расход воздуха на вторичное разбавление, т.е. выход регулятора 38 подключен на вход . регулятора 24 расхода вторичного воздуха. В соответствии с новым заданным значением регулятор 24 изменяет расход воздуха на вторичное разбавление, в результате чего восстанавливается заданный расход теплоносителя.Преимуществом системы управления является то, что в результате работы контуров стабилизации температуры и контура стабилизации расхода теплоносителя в системе не возникают авто- колебания. Допустим, что температура газопылевого потока эа помольным агрегатом уменьшилась. В соответствии с величиной отклонения регулятор 29 корректирует задагное значение регулятору 34 температуры теплоносителя, который в свою очередь вырабатывает корректирующую добавку на увеличение расхода топлива, поступающую на сумматор 4. Новое заданное значение расхода топлива отрабатывается регулятором 5 расхода топлива. Одновременно пропорционально новому заданному значению расихода топлива регулятор 12 увеличивает подачу воздуха на горение, а ре 69032 10гулятор 8 увеличивает подачу воздуха на первичное разбавление.Для выполнения критерия управления структура системы управления меняется с помощью переключателя 39,устанавливаемого в положение ПТ(печные и топочные газы). В этом,случае линия связи между регулятором 34 температуры теплоносителя исумматором 4 остается замкнутой, линия связи между регулятором 38 расхода теплоносителя и регулятором 24расхода воздуха на вторичное разбавление разомкнута, линия связи междурегулятором 42 температуры топочныхгазов и регулятором 24 замкнута, линия,связи между регулятором 38 иисполнительным механизмом 43 замкну та, а линия связи между регулято"ром 34 и регулятором 45 расхода рециркуляционных газов разомкнута,Система управления при такой структуре работает следующим образом.25 На эадатчике 41 устанавливаетсямаксимально допустимая температуратопочных газов. В регуляторе 42 величина текущей температуры топочныхгазов, измеряемая датчиком 40, срав нивается с заданной величиной. Взависимости от величины отклонениярегулятор 42 вырабатывает корректирующую добавку регулятору 24 на изменение заданной величины расхода воздуха на вторичное разбавление. В соответствии с новым заданным значением регулятор 24 изменяет с помощьюисполнительного механизма 26 положение регулирующего органа 27 расходавоздуха на вторичное разбавление,стабилизируя тем самым температурутопочных газов, т.е. на выходе изтопки газы имеют постоянную максимально возможную температуру и перемен ный объем.Чтобы исключить влияние изменений объема топочных газов на аэродинамический режим, отклонения компенсируются изменением расхода печных 5 О газов. Суммарный расход топочных ипечных газов измеряется датчиком 36и после преобразователя 37 сигнал поступает на регулятор 38 расхода теплоносителя, где сравнивается с эаданной величиной расхода теплоносителя, поступающей от задатчика 32.В зависимости от величины отклонениярегулятор 38 воздействует черезисполнительный механизм 43 на регу11 569032 12 лирующий орган 44, тем самым изменяярасход печных газов. Общее количествотеплоносителя на входе в помольныйагрегат в этом случае остается равнцм заданному значению. Изменениесоотношения объемов топочных и печных газов вызывает изменения температуры теплоносителя на входе в помольный агрегат и в сочетании с другимифакторами изменения температуры газопылевого потока на выходе помольногоагрегата. Работа регуляторов 5,12и 18 приводит к повышению температуры теплоносителя и одновременно к повышению расхода теплоносителя.По сигналу от регулятора 38 регулятор 24 уменьшает подачу воздуха навторичное разбавление, что в своюочередь повышает температуру теплоно сителя, т.е. знаки воздействий контуров стабилизации температуры и контура стабилизации разрежения совпадают. Йастройкой коэффициентов ПИ-законов регулирования добиваются быстро го затухания переходных процессов.При работе помольного агрегата по второму технологическому режиму теплоноситель на входе в помольный агрегатобразуется. путем смешивания печных и 30 ля 39. топочных газов. Критерием оптимальногого управления в этом случае является получение на входе в помольный агрегат теплоносителя заданных объемаи температуры при максимальном использовании тепла печных газон и минимальном расходе топлива для образования топочных газов. 45 50 55 Для минимизации расхода топлива газы от топки должны поступать с максимально возможной температурой, определяемой технологическими и конструктивными, ограничениями. Отклонения температуры перед и за помольным аггератом компенсируются только изменение объема топочных газов при максимальном использовании теплотворной способности топлива, т.е. при иинимуме его расхода. Зти отклонения компенсируются вычислительным блоком 33 и регуляторами 29 и 34, работа которых идентична описанной в первом технологическим режиме, при этом с уче том работы регулятора 42 компенсация отклонений температур достигается только изменением объема топочных га,зов. Из условия теплового баланса яс-, но, что при смешивании топочных га 1зов с постоянной температурой и печных газов с переменной температурой для стабилизации температуры теплоносителя используются максимальный объем печных газов и минимальный объем топочных газов. Следовательно, совокупная работа контуров управления позволяет путем стабилизации температуры топочных газов на максимально возможном значении минимизировать расход топлива и максимально использовать теплоту печных газов, При работе помольного агрегата по третьему технологическому режиму теплоносителем являются, печные .газы, температура которых достаточна для сушки. материала. В этом случае структура системы управления изменяется таким образом, что линия связи между регулятором 34 и сумматором 4, линия связи между регулятором 42 и регулятором 24 и линия сводки между регулятором 38 и регулятором 24 разомкнуты, а линия связи между регулятором 38 и дополнительным механизмом 43 и линия связи между регулятором 34 и регулятором 45 расхода рециркуляционных газов замкнуты с помощью переключатеПри подаче в помольный агрегат в качестве теплоносителя только печных газов температура эа иомольным агрегатом поднимается не настолько высоко, чтобы быть опасной для технологического оборудования, поэтому обычно ограничиваются подачей н помольный агрегат такого количества печных газов, которое обеспечивает оптимальный (заданный) аэродинамический режим. С этой целью увеличивают зону нечувствительностн регулятора 34 или регулятора 45, поэтомуконтуры регулирования температуры недействуют в определенном диапазонеизменения температуры за помольнымагрегатом. В этом случае действуеттолько регулятор 38 расхода теплоносителя, который в .зависимости от отклонения текущего расхода теплоносителя, измеряемого датчиком 36, отзаданного значения, поступающего отзадатчнка 32 изменяет путем воздействия на исполнительный механизм 43положение регулирующего органа 44,стабилизируя тем самым расхац теплоносителя, а следовательно, аэродинамический режсч.4 569032 материала в помольном агрегате, со-держащая датчик и задатчик расходатоплива, регулятор расхода топлива сисполнительным механизмом регулирующего органа подачи топлива, датчиктемпературы теплоносителя на входе впомольный агрегат, регулятор температуры теплоносителя, датчик и задатчик температуры газопылевого потока 510 на выходе помольного агрегата, регулятор температуры гаэопыпевого потока, сумматор, вычислительный блок,датчик расхода иэмельчаемого материа 15 ла, первый, второй, третий и четвертый преобразователи, регулятор расхода воздуха на горение, датчик давления воздуха на горение, исполнительный механизм регулирующего органа расхода воздуха на горение, регулятор расхода воздуха на первичное разбавление, датчик давления воздуха напервичное разбавление, исполнительный механизм регулирующего органарасхода воздуха на первичное разбавление, регулятор расхода воздуха навторичное разбавление, датчик давления воздуха на вторичное разбавление,исполнительный механизм регулирующего органа расхода воздухана вторич 25 30 ное разбавление, эадатчик расходавоздуха на вторичное разбавление, эадатчик расхода теплоносителя в помольный агрегат, датчик давления теплоносителя и регулятор расхода теплоносителя в помольный агрегат, причемдатчик расхода топлива подключен кпервому входу регулятора расхода топлива, второй вход которого соединен 40 с выходом сумматора, первый вход сумматора подключен к эадатчику расходатоплива, датчик давления воздуха нагорение соединен через первый преобразователь с первым входом регулятора расхода воздуха на горение, второй вход которого подключен к выходусумматора, выход регулятора расходавоздуха на горение соединен с исполнительным механизмом регулирующегооргана расхода воздуха на горение,датчик давления воздуха на первичноеразбавление соединен через второйпреобразователь с первым входом регулятора расхода воздуха на первичноеразбавление, второй вход которогоподключен к выходу сумматора, выходрегулятора расхода воздуха на первичное разбавление соединен с исполнительным механизмом регулирующего ор69032 Составитель В.АлекперовТехред М.дидык Корректор В.Гнрняк Редактор А.Мотыль Заказ 14 О Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбина г "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 1015 5гана расхода воздуха на первичное разбавление, датчик, давления воздуха на вторичное разбавление соединен через третий преобразователь с первым входом регулятора расхода воздуха на вторичное разбавление, второй вход которого соединен с эадатчиком расхода воздуха на вторичное разбавле ние, входы регулятора расхода теплоносптеля в помольный агрегат соединены с выходом четвертого преобразователя и задатчиком расхода теплоноси;теля в помольный агрегат, вход чет,вертого преобразователя соединен с датчиком давления теплоносителя, выход регулятора расхода воздуха на вторичное разбавление соединен с исполнительным механизмом регулирующего органа расхода воздуха на вторичное разбавление, датчик и задатчик темпе. ратуры гаэопылевого потока на выходе помольного агрегата соединены с соответствующими входами регулятора температуры газопылевого потока, выход которого подключен к первому входу регулятора температуры теплоносителя в помольный агрегат, эадатчиктемпературы газопылевого потока, датчик расхода измельчаемого материалаи эадатчик расхода теплоносителя впомольный агрегат соединены соответственно с первым, вторым и третьимвходами вычислительного блока, выходкоторого подключен к второму входурегулятора температуры теплоносителяв помольный агрегат, а третий входреГулятора температуры теплоносителяв помольный агрегат соединен с датчиком температуры теплоносителя, о т -л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения качества управления,она снабжена переключателем выборарежима управления, датчиком и эадат-чиком температуры топочных газов,регулятором температуры топочных га"1эов, исполнительным механизмом регулирующего органа подачи горячих газов, исполнительным механизмом регулирующего органа подачи холодных газов, датчиком положения регулирующегооргана подачи холодных газов и регулятором расхода холодных газов, причем выход регулятора температуры теплоносителя в помольный агрегат соединен через первый контакт переключателя выбора режима управления с вторымвходом сумматора и через второй контакт с первым входом регулятора расхода холодных газов, выход регулятора о температуры топочных газов соединенчерез третийконтакт переключателявыбора режима управления с третьимвходом регулятора расхода воздуха навторичное разбавление, выход регуляд тора расхода теплоносителя в помольный агрегат соединен через четвертыйконтакт переключателя выбора режимауправления с четвертым входом регулятора расхода воздуха на вторичноеразбавление и через пятый контакт сисполнительным механизмом регулирующего органа подачи горячих газов, датчик и задатчик температуры топочныхгазов соединены с соответствующимивходами регулятора температуры топочных газов, датчик положения регулирующего органа подачи холодных газовсоединен с вторым входом регуляторарасхода холодных газов, выход которого соединен с исполнительным механизмом регулирующего органа подачи холодных газов.