РЕФЕРАТ. В статье приведен анализ работы динамических сепараторов цементных мельниц и рассматриваются особенности управления замкнутой системой помола цемента. Показано, что управление электрофизическими процессами при помоле цемента позволяет повысить показатели работы мельницы.
Динамические сепараторы и системы управления помолом
Преимущества замкнутых систем помола цемента в настоящее время уже неоспоримы. Использование открытых систем помола в нашей стране приводит к дорогому переиз- мельчению, хотя и позволяет выпускать даже цементы марок ПЦ 600Д0 и СЕМ 52,5N. В последние годы в Советском Союзе были построены несколько цементных заводов с замкнутыми системами помола, оборудованные отечественными сепараторами. Однако с первой попытки трудно было достигнуть их оптимальной конструкции, к сожалению, этот процесс был остановлен спадом производства цемента в переходный период:
Опыт работы ЗАО “ЭКОФОР”- за рубежом с 1996 г примерно на семидесяти замкнутых системах помола дал нам возможность оценить в работе воздушные сепараторы различных конструкций. Их улучшение заняло у известных западных производителей достаточно длительное время. Сейчас выпускаются динамические сепараторы уже четвертого поколения, хотя можно встретить еще и механические сепараторы рассеивающего типа с внутренним вентилятором и постоянной скоростью вращения распределительного диска. Все последующие конструкции имеют возможность ее регулирования. Развитие конструкции привело к созданию воздушных циклонных и роторных сепараторов с наружными вентиляторами.
Эффективность сепаратора по разделению потока материала на готовый продукт и крупку характеризуется кривой Тромпа. С развитием конструкций сепаратора кривая стала круче, что свидетельствует о повышении его селективности, фирмы заявляют о дезагрегирующих свойствах сепараторов четвертого поколения. Часть материала, которая попадает в крупку, независимо от размера частиц – так называемый байпас, который для старых конструкций доходил до 50%, в настоящее время доведен почти до 0%. К лучшим сепараторам, на которых мы работали, относятся: SEPAX производства F.L.Smidth, SEPOL – Krupp-Polysius AG, SEPMASTER – KHD Humboldt Wedag AG. Современные замкнутые системы помола нередко снабжаются полностью автоматическими, экспертными системами управления.
Использование сепараторов при помоле не только снижает удельное потребление электроэнергии, но и открывает путь к производству более качественного цемента. Первым в России, кто в новое время оборудовал две цементные мельницы зарубежными сепараторами и таким образом обеспечил производство экспортной продукции с показателями, превышающими требования европейского стандарта, было ОАО «Новоросцемент». В настоящее время уже несколько заводов осуществили или в ближайшем будущем собираются провести такую модернизацию систем помола. При этом, в связи с дороговизной западных систем автоматического управления, от них нередко отказываются, в том числе и от записанных в памяти контроллеров конфиденциальных алгоритмов управления, учитывающих тонкости функционирования этой значительно более сложной, чем открытая, системы помола. Нам хотелось бы в этой статье поделиться с российскими специалистами некоторыми особенностями работы с замкнутыми системами помола, продуманными нами во время и по результатам многочисленных зарубежных предпродажных испытаний при внедрении электрофизического способа интенсификации помола [2.3]. Типовые результаты работы замкнутых систем помола, оборудованных устройствами «ЭКОФОР», представлены в табл. 1.
Электрофизические процессы при помоле
В соответствии с классификацией, существующей в сейсмо-разведочной геофизике [4], цементный клинкер можно отнести к диэлектрическим материалам с малой, но, тем не менее, достаточной пьезоактивностью, чтобы создавать трудности при помоле, связанные с индуцированием электрических зарядов.
Таблица 1
Примеры интенсификации замкнутых систем помола
| Завод | Марка цемента |
Интенси- фикаторы помола |
Количество устройств “ЭКОФОР”, шт. |
Производительность
мельницы, г/ч |
Прирост производительности. % |
Уменьшение скорости сепаратора % |
Уменьшение разрежения на выходе из мельницы. % |
Уменьшение удельного расхода эл. энергии. кВт ч/т |
Часовая экономия эл.энергии, кВтч |
|
| Без “ЭКОФОР” | С “ЭКОФОР” | |||||||||
| Alexandria Portland Cement (Египет) |
SPC | нет | 1 | 50 | 56 | 12 | 4.2 | 10 | 3.5 | 196 |
| Vassiliko Cement |
OPC | да | 1 | 22 | 26 | 18 | 4,2 | 18 | 5.2 | 135 |
| Works (Кипр) | OPC | да | 2 | 82 | 80 | 9,8 | 5,8 | 29 | 3.5 | 315 |
| OPC | да | 2 | 67 | 73 | 9 | 4.7 | 34 | 3.2 | 234 | |
| VICAT
Montalieu (Франция) |
J 32.5 | да | 2 | 180 | 194 | 7.8 | 4,3 | 5 | 2,7 | 524 |
| J 42,5 | да | 2 | 136 | 149 | 9.6 | 3.5 | 9 | 4.4 | 656 | |
| A 52.5 | да | 2 | 100 | 111 | 11 | 3.3 | 18 | 5,2 | 577 | |
| GOLTAS (Турция) | OPC | нет | 3 | 2×147 2*172 | 17 | 5 | 20 | 5,3 | 1823 | |
Однородным диэлектрик при поляризации остается в объеме электрически нейтральным, кроме тонкого слоя у поверхности, где односторонне обнажаются заряды сориентированных диполей. Это так называемые связанные заряды на границах поляризованного диэлектрика В случае неоднородного диэлектрика, каким является цементный клинкер, связанные заряды появляются при деформации на границах его частей, обладающих различными диэлектрическими проницаемостями. Это обусловливает объемно-зарядную поляризацию на границах неоднородностей – кристаллитов, включений, слоев пор. То есть гранула клинкера, представляющая в состоянии покоя множественные комбинации уравновешенных двойных электрических слоев, в результате их разрыва при деформации превращается в более мелкие электрически заряженные частицы, После ударов имеет место притяжение противоположно заряженных поверхностей, часть образовавшихся трещин смыкается, мелкие частицы агрегируют, происходит налипание на рабочие поверхности. Все это снижает эффективность помола, негативно сказывается и на сепарации.
Устройство “ЭКОФОР” при помоле и сепарации инициирует деполяризацию индуцированных электрических зарядов. Пои этом происходит дезагрегация мелких частиц цемента, повышаются размалывыаемость материала и его текучесть, полностью или частично в зависимости от марки производимого цемента очищаются мелющие тела, а также рабочие поверхности сепаратора. В связи с предотвращением торможения дислокаций кристаллической структуры мелющих тел и снижением их концентрации происходит пластификация и упрочнение металлической поверхности и снижается её износ. При подключении устройства к сепаратору доля материала, проходящего без сепарации – байпас – уменьшается, снижается количество готовой продукции в крупке.
Некоторые особенности управления замкнутой системой помола
В замкнутой системе помола силовым элементом является мельница, а за качество отвечает сепаратор. Эти два агрегата работают совместно, потоками материала влияя друг на друга. Так как часть материала, прошедшего через мельницу, возвращается на ее вход в виде отсепарированной крупки, суммируясь со свежим питанием, то структурно мельница охвачена положительной обратной связью через один из выходов сепаратора
Из теории и практики систем управления известно, что для повышения качества их работы используются отрицательные обратные связи, а положительные применяются лишь как корректирующие и снижают запас устойчивости системы. В замкнутой системе помола нет возможности выбора типа связи, то, что есть – технологически необходимо. Поэтому мельница и сепаратор должны соответствовать друг другу не только в статическом, но и в динамическом режимах. В статике, ради перспективы улучшения гранулометрии цемента и дальнейшей интенсификации системы помола, целесообразно заложить возможность работы с кратностью циркуляции, т е. отношением суммы свежего питания и крупки к свежему питанию, не менее 2.5. А в динамике такие системы значительно более склонны к потере устойчивости, выходу из допусков по качеству помола и являются в этом смысле более чувствительными к возмущающим воздействиям, чем открытые.
Распределение частиц цемента марки А52.5 по размерам Таблица 2
| Размер частиц, мкм | Распределение,% | |||
| Интегральное | Дифференциальное | |||
| Без «ЭКОФОР» | С “ЭКОФОР» | Без «ЭКОФОР» | С “ЭКОФОР” | |
| 3,06 | 17.23 | 17.81 | 1.36 | 1,39 |
| 5.76 | 24.43 | 25.15 | 1.58 | 1.60 |
| 9,56 | 33.27 | 34,03 | 2.69 | 2,69 |
| 15.87 | 47.64 | 48.28 | 4.18 | 4.14 |
| 20.45 | 57,23 | 57.83 | 4.96 | 4,97 |
| 29.91 | 73,02 | 73,77 | 5,17 | 5,25 |
| 38.53 | 82.1 | 82.95 | 4.31 | 4,35 |
| 49.64 | 89.1 | 39.88 | 3.21 | 3.16 |
| 63,96 | 93.74 | 94.32 | 1.98 | 1.86 |
| 82.4 | 96.62 | 96.97 | 1 28 | 1.17 |
| 120.49 | 99,04 | 99.14 | 0,60 | 0.53 |
| 176.2 | 100 | 100 | 0.17 | 0.15 |
Задачей помола является выпуск цемента заданного качества при максимально возможной производительности мельницы и с минимальным удельным расходом электооэнергии. Лучшим способом определения качества помола является лазерная гранулометрия. Еще очень широко используется измерение удельной поверхности цемента, дважды нам встретился достаточно представительный анализ по остатку на сите 45 мкм, но ни разу – на сите 80 мкм. Так, например, интегральная и дифференциальная кривые распределения частиц цемента по размерам на заводе VICAT Monialieu. представленные на рис 1 для цемента А52.5, автоматически анализируются гранулометром фирмы INSITEC по 60 точкам от 0.11 до 200 мкм. Для сравнения в табл 2 приведены данные распределения до и при использовании двух устройств «ЭКОФОР», одного – для мельницы, второго – для сепаратора. Эти данные практически совпадали после введения нами еще одного дополнительного канала – разрежения на выходе мельницы, а также проведенных целенаправленных корректировок заданий остальных каналов экспертной системы управления. Для управления в качестве главной обратной связи используется диаметр частиц на уровне 50% интегрального распределения – Dv(50), равный 16,1 мкм для цемента А52.5. На рис. 2 представлен массив рабочих точек в координатах производительность – качество помола без и с устройством «ЭКОФОР». Как видно из графика, достигнуто не только увеличение производительности мельницы, но и уменьшение разброса данных по качеству, что говорит о более стабильной работе системы помола.
При отклонении качества помола от нормы, например, удельной поверхности – более чем на ± 5 м2/кг, необходимо одновременно вносить изменения в подачу свежего питания мельницы и частоту вращения распределительного диска или корзины сепаратора. Раздельное их регулирование не только неэффективно, но может вывести мельницу из устойчивого режима работы. При этом следует принимать в расчет, что общепризнанная практика работы замкнутых систем помола исходит из следующей пропорции: отклонение удельной поверхности на ± 10 м2/кг соответствует необходимости изменения подачи на ± 4%. Если мельница усилила свою работу и качество помола улучшилось, то ее более высокой производительности должна соответствовать и большая пропускная способность сепаратора по готовому продукту. Он в большей степени должен быть открыт на выход за счет снижения частоты его вращения. Если этого не сделать, возврат из сепаратора будет увеличиваться и мельница пойдет на заработку.
С применением устройств «ЭКОФОР» это становится ещё более актуальным, так как значительно повышается текучесть электроразряженных частиц материала в мельнице, которая при этом первоначально опустошается с улучшением качества помола. Этот процесс должен быть своевременно использован для увеличения подачи свежего материала с одновременным снижением скорости сепаратора Разряжение на выходе мельницы должно быть снижено на 20-40% при условии предотвращения ложного схватывания цемента. Всё это обеспечивает нахождение рабочей точки мельницы на правой части переместившейся оптимальной зависимости качества помола от уровня материала в мельнице [5], который должен быть увеличен на 10-30% по данным свежего питания и крупки, причем без всякой опасности заработки При этом звук первой камеры мельницы должен уменьшиться, а во второй – приобрести металлические интонации. Если этого не сделать, то через несколько часов, ввиду уменьшения времени пребывания материала в мельнице, она заполнится до прежнего уровня неуспевающей истереться, легко текучей крупкой, а качество помола несколько снизится.
Очень полезным является также анализ нагрузки ковшового элеватора, который используется для доставки материала после мельницы в сепаратор. Она достаточно оперативно свидетельствует как о реакции мельницы на изменение питания, так и о тенденции к её опустошению или заработке.
Таким образом, при управлении замкнутой системой помола необходимо следить за большим, чем у открытой, количеством параметров. Это значительно усложняет работу оператора и приводит к недоиспользованию возможностей при помоле. Поэтому экспертные системы находят всё большее применение. Такая система автоматически для каждой марки цемента вводит задания и получает текущую информацию по каналам качества помола, циркулирующей нагрузке, звуку первой камеры, нагрузке элеватора. Автоматически и взаимосвязано рассчитываются команды на весовые дозаторы питания мельницы и частоту вращения сепаратора. В алгоритмах управления обобщен опыт успешной работы операторов и технологов. Регулирование производится по отклонению и скорости его изменения, учитываются приоритеты каналов с использованием различного типа нелинейностей.
Не вызывает сомнения, что по мере внедрения замкнутых систем помола на цементных заводах России отечественные специалисты способны внести свой творческий вклад в их усовершенствование. При этом они могут рассчитывать на опыт ЗАО «ЭКОФОР» по интенсификации таких систем.
ЛИТЕРАТУРА
- В М Старовойтов. -ОАО – “Новоросцемент укрепляет свои позиции” Цемент и его применение. 2002. № 1
- Патент РФ М- 2Т00492 1995 «Устройство для наложения техно-физических воздействии на структурируемые технологические переделы»
- Патент РФ. № 2122895, 1997. -Способ получения дисперсионно-кондиционированных материалов *.
- ИМ Нейштадт, 3В Мазанова Н.Д Суворов. «Сейсмо и пьезоэлектрические явления а разведочной геофизике- СПб. -Недра- 1992.
- Н.Ф. Глухарее, Электрофизический способ интенсификации помола-. Цемент и его применение, 2002. № 1