Технологічний процес виготовлення цементу

Перегрівання може привести до аварії - обвалення футерування, розриву  обичайки печі. Виникають проблеми при нерівномірному і значному налипанні

матеріалу на стінки печі - зміну температурних  режимів, зміну завантаження і її розподіли на корпус печі і привід. Не менше сильне навантаження випробовує футерування і в період прогрівання печі при запуску її в роботу, а також при охолодженні при необхідності зупинки виробничого процесу. Потрібно помітити, що налипання матеріалу на стінки печі, тобто виникнення так званої обмазки - явище позитивне і необхідне для експлуатації печі і динаміку цього процесу необхідно контролювати.

Для вирішення питання про контроль температурних режимів печі і  ходу

технологічного процесу пропонується апаратура, що дозволяє контролювати в реальному масштабі часу розподіл температури по всій поверхні печі, що обертається, з одночасним контролем так званих затінених зон і температури в зоні випалення усередині печі. Завдання контролю стану футерування печей, що обертаються, а також ходу технологічного процесу, виявлення фактів його порушення і ліквідації цих порушень, і непрямої оцінки температур усередині печі і стану продукту виникла практично відразу, як тільки були створені перші печі, що оберталися.

Одним з перших рішень було розміщення термопар в шарі футерування і  знімання сигналу через спеціальні струмознімальні кільця, що монтувалися на

поверхні печі. Сьогодні такі системи  іноді застосовуються на печах, але  вони

дають інформацію про температуру  тільки в одній або декількох  точках контролю в місцях установки термопар.

З появою пірометрів були зроблені спроби створювати систему виміру

температури обичайки печі за допомогою  пірометрів, що переміщаються уздовж печі по тих, що направляють і знімають температурний розподіл поверхні печі за рахунок обертання печі і поступальної ходи пірометра. Подібна система деякий час експлуатувалася на печах Светогорского ЦБК. Вона дозволяла оглядати гарячу ділянку печі завдовжки в декілька метрів за 15 хвилин. На багатьох підприємствах проводяться виміри температури поверхні печі з допомогою звичайних ручних пірометрів по графіку 3 рази в добу.

Приблизно в середині 80-х років  в Польщі була створена одна з перших

скануючих систем. Вона дозволяла  сканувати поверхню печі з частотою 4

Гц оптичною системою з полем  зору 1/30. Система мала аналоговий вихід  і

забезпечувала виведення сигналу  на осцилограф.

В середині 90-х фірма Агема поставила  в Росію єдину скануючу систему фірми Raytek, швидкість сканування, що мала, 8 Гц, миттєве поле зору 1: 40 і кут сканування(кут огляду 90 ) що забезпечувала виведення термограм на невеликому телевізійному екрані. Система була поставлена на печі в Новоросійську.

У подальші роки були розроблені дві  моделі сканерів в Росії (в Москві і в Омську). Параметри цих систем близькі до параметрів скануючої системи фірми Raytek 1985 року випуску. У 2007 році фірма Raytek випустила чергову версію системи контролю температурних полів - систему CS200, що складається з одного(CS201) або двох (CS202) сканерів з розширеними функціями, а в 2008 році зробила оновлення сканерів в системі моделі МР50 на нові сканери МР150 з збільшеною більш ніж в 3 рази частотою сканування (до 150 Гц, використовується частота до 75Гц), поліпшеною оптичною системою, лінійний дозвіл якої збільшилося в 3 рази. Цей оптичний дозвіл дозволяє виявити на термограмі температурну неоднорідність з контрастом 3 і більше градусів діаметром від 4,5 см на відстані 20 метрів і точно виміряти температуру поверхні діаметром 13,3 см на тій же відстані.

У таблиці 3 приведені деякі параметри системи CS200 порівняно з

відомими параметрами вітчизняних  систем.

Таблиця 3.1 Порівняльні характеристики систем контролю

	SC200 Raytek	ВАТ НПП «Еталон«(Омськ) та «Топаз«(Москва)	Примітка
Діапазон температур	100-650°C, м.б. зсунутий вниз до 70°C.	100—500 °С
Спектральний інтервал	3,5 –4,0 мкм	2,5—5,5 мкм;
Частота сканування Сканера-Гц	10, 20, 36, 48, 75 - перемикається	4
Сектор зони сканування	45° чи 90, перемикається	100°	Кут зони сканування не повинний перевищувати 90
Число зон сканування(сканерів)	1 або 2	1
Число елементів розкладення рядка	256 або 512 при викор. RS485 і 1024 при викор Ethernet	Біля 100

 

Продовження таблиці 3.1

Час реакції	10 мксек	Немає даних
Ресурс безперервної роботи двигуна  обертання дзеркала	Більше 4 років	Немає даних
Діапазон робочих температур сканера	-40…+45°З -	—40…+55°С	Уникати прямого сонячного проміння
Похибка	+/-3°З до всього діапазону	+/-3%
Показник візировання	1:150 – вимірювання 1:450 – надійно виділяючий контраст	1:35
Розмір миттєво контролюючої зони з відстані 5 метрів	d=33 мм	Не більше 200х200
Число настроювальних та програмуючих зон контролю	До 8 зі заданням макс та мін температур	Немає
Керування зовнішнім вентилятором	До 32 вентиляторів	Немає
Програмне забезпечення	Windows NT/2000/ XP, Робота з ОРС	MS DOS WINDOWS

 

 

Продовження таблиці 3.1

Інтерфейс звязку	RS485/232 Ethernet (стандартно), ВОЛС(опція)	RS - 232; ВОЛС? RS485?
Швидкість обертання з синхронізацією системи	0,05 – 6 о. хв.	Відсутня	Необхідно для прив'язки ктипографії поверхні печі
Число фіксуючих ліній на оберт	100/200	Кожна лінія
Габарити	180х120х200	220х275х95мм
Вага	7 кг	5 кг
Довжина лінії	1200м	2000м

 

Основні, визначальні можливості скануючої  системи, параметри - це

оптичний дозвіл, що дозволяє отримати інформацію по температурних

неоднородностях і оцінити їх розміри  і точну координатну прив'язку

температурну чутливість і точність вимірів.

 Порівняння оптичних характеристик показує, що система CS200 забезпечує при установці її на відстані 20 метрів від осі печі (охоплювана довжина - не менше 40 метрів) оптичний дозвіл 13,3 см, а виявлення контрасту - 4,5 см, тоді як порівнювані системи забезпечують дозвіл 20х20 см на відстані всього 5 метрів. По точності виміру система CS200 перевершує конкурентів в 5 разів на

температурі 500 С.

Відомі вітчизняні системи не мають каналу синхронізації роботи сканера з обертанням печі. Система CS200 забезпечує точну локалізацію температурних неоднородностей на відстані 20 метрів від осі печі по довжині з дозволом 4-5 см і по колу з дозволом 1,8-3,6, має ряд додаткових функцій (контроль температур у виділених кільцевих зонах, управління вентиляторами).

Приймаючи як факт необхідність застосування скануючих систем, багато

фахівці відмічають один істотний недолік  усіх без виключення скануючих систем - цей вимір температур на поверхні печі з деяким запізнюванням по відношенню до процесів, що відбуваються усередині печі. Підвищення оптичного дозволу і температурної чутливості і точність дозволяє виявляти температурні неоднорідності, викликані появою дрібніших ушкоджень футерування печі, що забезпечує більше високу чутливість методу і менший час запізнювання. Збільшення контрольованої довжини печі дозволяє з використанням системи, що складається з одного або максимум, двох сканерів забезпечити контроль стану печі і динаміки її « якості» в практично реальному масштабі часу і дати можливість персоналу своєчасного застосування доступних засобів управління технологічним процесом з метою запобігання небажаним технологічних або технічних ситуацій. Цьому ж сприяє застосування додаткових пірометрів інтегрованих в систему, що дозволяє контролювати ділянки, недоступні для контролю з позиції монтажу сканерів - затінені бандажами конструкціями і елементами устаткування зони.

Виділення енергії усередині печі і нагрів обпалюваного матеріалу  і поверхні

футерування визначаються параметрами  факела пальника, витратами пального і

повітря, теплофізичними характеристиками печі і обпалюваного матеріалу

параметрами теплообміну гарячих  газів, що переміщається і матеріалу, що перемішується, і внутрішньої поверхні печі, стан якою може мінятися із-за намазування матеріалу, модифікації і руйнування футерування.

Досвід застосування скануючих  систем показує, що запізнювання вимірів

поверхневих температур по відношенню до зміни стану печі усередині, як

правило, значно менше часу розвитку великомасштабних дефектів.

Але іноді із-за грубих помилок  персоналу швидкість зміни температури

усередині печі може бути велика (наприклад, різке збільшення температури

факела або, навпаки, різке зниження температури при зупинці печі) і це

може призводити до виникнення в  матеріалах футерування неприпустимо високих градієнтів температур. Однаково погано як різке наростання температури, так і різке зниження.

Максимальні градієнти виникають  в першу чергу в зоні випалення. У результаті ушкоджується футерування. Міра таких ушкоджень побічно може

бути визначена по результатам вимірів, отримуваним від скануючої

системи.

Для контролю температур футерування  або обпалюваного матеріалу в  зоні випалення у системі CS200 передбачена можливість включення високотемпературного пірометра типу MR1S, що монтується в спеціальному термокожусі на голівці печі (рис3.1)

Рис.3.1 -  Вид і схема розміщення пірометра MR1S на голівці печі.

Пірометр цього ж типу може вимірювати температуру часток сажі в щільних

факелах. Для виміру температур газових складових полум'я застосовують пірометри, що мають чутливість в смугах поглинання конкретних газів. Знання температур окремих компонентів полум'я може дозволити провести коректніші оцінки тепловиділення. Для контролю низьких температур футерування(нижче 700 С) в найбільш теплонапруженій частині печі - в зоні випалення, доцільно застосовувати низькотемпературний пірометр центрований по спектральній чутливості на довжину хвилі 3,9 мкм або працюючий у більше короткохвильовій частині спектру. Саме у цій зоні при запуску печі реєструватимуться найбільш високі температури і будуть виникати найбільші градієнти температур.

Скануюча система вимірює температуру  обичайки печі до75 разів в

секунду і будує картину температурного розподілу по поверхні обичайки за час повного оберту. На екрані комп'ютера оператор може сформувати зручний для роботи варіант контрольної панелі, на якій будуть видно усі його дані, що цікавлять, - термограми, графіки, вибрана для перегляду зона(у збільшеному масштабі), тривимірна діаграма,, тимчасові тренди і багато що інше. Аналіз порогових температур в 8-ми зонах робиться системою автоматично.

Дані, що надаються програмним забезпеченням  скануючої системи CS200(див. рис 3.2), можуть бути покладені в основу побудови теплофізичній моделі печі, що обертається.

Рис. 3.2 - Результати від скануючої системи

У цій моделі повинен аналізуватися тепловий баланс печі на основі термограм тієї, що обертається печі, температурних даних і даних про масові витрати компонентів горючої суміші, температур основних компонентів, що беруть участь в процесі горіння палива(по температурах З і СО2, а також сажі), температури обпалюваного матеріалу в зоні випалення, температури футерування в зоні випалення і реальних температур газів, що відходять, і завантажуваної в піч сировини. Чим більше істотних даних враховуватимемося в теплофізичній моделі, тим більше правдоподібною вона може бути побудована.

Слід зупинитися на опції контролю міграції бандажів. Відомо декілька конструкцій бандажів, що відрізняються, зокрема способом зв'язку з

корпусом печі. Система була розроблена для застосування на печах з бандажами посадженими на корпус печі з проміжком, що дозволяє бандажу прослизати по корпусу печі і повинна вимірювати величину тангенціального зміщення бандажів на кожному обороті, що дає непряму інформацію про механічних і моментних характеристиках печі і стані опорних валків. Стосовно печей з привареними бандажами ця система дає деяку інформацію при

деформації корпусу печі, що скручує, в перехідні періоди - при запуску

зміні швидкості обертання, зміні  розподілу маси обпалюваного матеріалу по довжині печі.

Загальна схема системи CS200 показана на рис 3.3. Ця система, враховуючи її

високі характеристики, дозволяє отримати досить повну картину

що відбувається усередині печі і контролювати стан печі практично  на всьому

її протязі, а не тільки в гарячій  зоні.

Рис.3.3 - Схема системи CS200

При вимірюванні температури зони клінкеру багато заводів використовують пірометр часткового випромінювання. Проте із-за впливу газів, наявність часток в атмосфері і тому подібне одноколірний пірометр не надаватиме коректні свідчення. Якщо є можливість використати Marathon MRS1B, можна побачити різницю в температурних свідченнях, перемикаючи режими виміру(одноколірний/двоколірний). Неправильна температура може означати

що завод втрачає енергоресурси.

Розрахувати кількість енергії  можна за допомогою програми, яка  показує різницю в енергоресурсах(Вт/м2), що витрачаються, при різній температурі в зоні клінкеру. Різниця може досягати 15%!

 Термометри спектрального відношення, які частіше називають двоколірними  пірометрами – спеціальні моделі приладів для ІЧ-вимірювання температури. Принцип дії цих термометрів грунтований на температурній залежності співвідношення випромінюваної енергії в двох вузьких спектральних інтервалах, що дозволяє визначати температуру навіть в умовах пилу, диму, вологості. Вплив коефіцієнта випромінювання при цьому скорочується. Нове