Регулирование температуры стекломассы стекловаренной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автоматизация производственных процессов - одно из важнейших направлений технического прогресса всех отраслей народного хозяйства. В настоящее время средства автоматизации получают самое широкое применение в различных сферах деятельности человека. Высокая эффективность и широкое внедрение автоматизации производственных процессов могут быть достигнуты лишь в результате совместимых усилий специалистов в области автоматики и в области технологии.

Автоматизация дает возможность получить высокую производительность труда, поскольку практически отсутствует зависимость между производительностью машины и интенсивностью труда человека. Автоматизированные производства повышают социальную и экономическую эффективность труда, а также способствуют охране окружающей среды. К социальной эффективности относится: облегчение труда рабочих, улучшение санитарно-гигиенических условий и повышение общего культурного уровня жизни человека.

Под экономической эффективностью понимают улучшение экономических показателей производства: производительности труда, себестоимости, качества продукции, снижение расходов топлива, электроэнергии, сжатого воздуха, сырьевых материалов. Автоматизация - это завершающий этап развития того или иного производства. Она является следствием бурного развития микроэлектроники и микропроцессорной техники. Использование достижений фундаментальных наук, лазерной техники, ядерной физики позволяет создать приборы, обладающие высоким быстродействием, чувствительностью и точностью. В настоящее время на заводах ПСМ применяются различные приборы для контроля давления, температуры, расхода жидкости и газов, уровня материалов и так далее. В ПСМ нашли применение микропроцессорные регуляторы и контроллеры, для управления технологическими процессами используются компьютеры. Применение указанных приборов сыграло большую роль в автоматизации производственных процессов. Автоматизация приняла такие размеры, что в большинстве случаев она стала неотъемлемой частью технологии производства, в будущем она приобретёт еще большие размеры.

1. Технология производства. Описание технологического процесса

Процесс стекловарения является основным технологическим процессом производства стекла и стеклоизделий. Рассмотрим технологию стекловарения в ванных печах. Процесс стекловарения в ванной стекловаренной печи происходит в 5 стадий:

1) Стадия силикатообразования характеризуется тем, что к концу её основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены. В шихте не остаётся отдельных составляющих её компонентов, большинство газообразных включений улетучивается. Для обычных натрий-кальциевых стекол эта стадия завершается при температуре 800 -900 0С и характеризуется плавлением, кипением шихты и постепенным уменьшением объема куч шихты от загрузки в глубину варочной части.

2) Стадия стеклообразования характеризуется тем, что к концу её стекломасса становится прозрачной, в ней отсутствуют непроваренные частицы шихты, однако она пронизана большим количеством пузырей и свилей. Эта стадия завершается при температуре 1150-1200 0С.

3) Стадия дегазации (осветления) характеризуется тем, что в конце её стекломасса освобождается от видимых газовых включений, устанавливается равновесное состояние между стекломассой (жидкой фазой) и газами, остающимися в самой стекломассе.

4) Стадия гомогенизации характеризуется однородностью и освобождением стекломассы от свилей. Визуально для процесса характерно чистое зеркало стекломассы при более низких температурах.

5) Стадия студки характеризуется снижением температуры на 200-300 0С, необходимым для достижения рабочей вязкости стекломассы. После прохождения стадии студки стекломасса при определенной температуре и вязкости поступает на формование, где из нее вырабатывается лента стекла или стеклоизделие.

2. Выбор параметров, подлежащих контролю и регулированию

Основным параметром, определяющим качество стекловарения, является температура стекломассы. Температура контролируется в трёх точках с левой и правой стороны ванной печи. Текущее значение температуры зависит от значения расхода топлива, подаваемого в печь, поэтому необходимо контролировать значение расхода природного газа. Это необходимо также с целью коммерческого учёта расхода топлива. Контролю подвергается также содержание кислорода в отходящих дымовых газах. О режиме сгорания топлива можно судить по температуре отходящих дымовых газов, поэтому этот параметр также подвергается контролю. Аэродинамический режим работы печи определяется значением разряжения в дымоходах, поэтому необходимо контролировать этот параметр. Кроме этого контролю подвергается значение давления в пламенном пространстве печи. Регулированию подвергается температура стекломассы в печи. Система регулирования температурного режима тесно увязана с САР расхода топлива. Для обеспечения оптимального режима горения нужно поддерживать определённое значение соотношения газа и воздуха, подаваемого в него, что обеспечивается САР соотношения газ-воздух.

Поддержание постоянного уровня стекломассы в бассейне стекловаренной печи в значительной мере влияет на процесс стекловарения и выработки стекла. От стабильности уровня стекломассы зависит качество вырабатываемой продукции и износ огнеупорной кладки, которая наидолее интенсивно разрушается на границе раздела стекломассы и газового пространства печи. При поддержании уровня стекломассы постоянным скорость разрушения огнеупора существенно снижается за счет теплового равновесия в брусе между теплом, получаемым от бассейна печи, и охлаждением сжатым воздухом наружной стороны бассейна.

Для улучшения технологического режима процесса стекловарения считают целесообразным осуществлять непрерывную загрузку шихты, причем, чем длительнее работа загрузчиков, тем равномернее покрытие зеркала стекломассы шихтой. При позиционном регулировании уровня стекломассы в бассейне печи возникает колебательный режим, изменяющий как уровень стекломассы, так и границу шихты и плотной пены.

При применении непрерывных регуляторов уменьшается амплитуда колебаний, а потому использование П- и ПИ-регуляторов повышает эффективность системы автоматического регулирования уровня стекломассы и улучшает качество стекломассы, идущей на выработку, В настоящее время предпочтение отдается системам автоматического регулирования уровня с ПИ законом регулирования. Применение более сложных систем для стабилизации уровня стекломассы является целесообразным, так как в этом случае повышается точность поддержания заданного уровня и уменьшаются возмущения, вносимые цикличной подачей шихты.

3. Выбор первичных приборов, вторичных приборов и средств автоматизации

При выборе первичных приборов нужно исходить из следующих условий работы преобразователей (повышенная температура, влажность, агрессивность среды, вибрации и прочие), номинального значения контролируемой величины, диапазона и характера её изменений (спокойное или резкое), необходимой точности измерения. При выборе вторичного прибора, нужно чтобы градуировка этого прибора соответствовала градуировке первичного преобразователя, чтобы вторичный прибор имел нужный класс точности. При выборе вторичного прибора нужно учитывать какие дополнительные функции должен выполнять прибор, например нужно чтобы этот прибор выполнял функцию сигнализации и позиционного регулирования.

Так как контролируемым параметром нашей системы является температура стекломассы в ванной стекловаренной печи, номинальное значение которой равно 1660 ⁰С, то в качестве первичного преобразователя выбираем термоэлектрический преобразователь типа ТПР-0779, номинальные статические характеристики ПР(В) с пределом измерения от +300 до +1600⁰С, материал защитной арматуры - сталь ХН45Ю, инерционность 60 сек., виброустойчивый, рассчитанный на условное давление 0,4 мПа. В качестве вторичного прибора, работающего в комплекте с термоэлектрическим преобразователем можно выбрать автоматические потенциометры КСП-3, КСП-4, «ДИСК-250». Мы выбираем показывающий записывающий прибор типа «ДИСК-250», пределы измерения вторичного прибора должны совпадать с пределами первичного преобразователя.

Для выбора режима работы системы (автоматический или дистанционный), а также для управления исполнительным механизмом в дистанционном режиме используется блок ручного управления, в качестве которого мы выбираем БРУ-42. Прибор БРУ-42 снабжён дополнительно указателем положения регулирующего органа.

Для включения исполнительного механизма в работу применяем пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2 или ПБР-2М. Выбор бесконтактного пускателя обусловлен тем, что он имеет значительно больший срок службы и надёжность, чем контактные пускатели. Для перемещения регулирующего органа применяем исполнительный механизм типа МЭО-63/40-0,63. Параметры исполнительного механизма определяются по результатам расчёта исполнительного механизма. Для питания системы автоматизации применяем понижающий силовой трансформатор ОСМ-1-0,16 380/220. Он имеет одну первичную обмотку на напряжение 380В и две вторичные на напряжение 220 В и 24В.

Для включения схемы, а также для её обесточивания в случае короткого замыкания и перегрузок применяем автоматический выключатель АЕ 2046-1043 с током срабатывания 10А. Для сигнализации работы системы используем сигнальную лампу на напряжение 220В мощностью 3Вт с сигнальной арматурой НС-220.

4. Описание функциональной схемы автоматизации

На первом листе графической части проекта представлена функциональная схема автоматизации ванной стекловаренной печи.

На этой схеме изображены следующие контуры автоматического контроля и регулирования:

Регулирование уровня стекломассы, контроль и регулирование расхода газа, автоматическое регулирование соотношения «газ-воздух», контроль и регулирование температуры стекломассы и давления в газовом пространстве.

Текущее значение уровня стекломассы измеряется бесконтактным электронным уровнемером типа УРК-2, а регулирующее воздействие сказывается на изменении подачи шихты в стекловаренную печь.

Текущее значение температуры стекломассы измеряется термоэлектрическим преобразователем, сигнал с которого поступает на вторичный показывающий регистрирующий прибор - автоматический потенциометр, а так же на регулятор температуры. Регулятор сравнивает текущее значение температуры с заданным и в случае их отличия вырабатывает управляющее воздействие, которое сказывается на изменении подачи природного газа. САР температурного режима тесно связана с системой расхода газа. Стабилизация расхода газа, подаваемого в стекловаренную печь, обеспечивает стабильное значение температуры стекломассы.

Для оптимального процесса горения топлива необходимо обеспечивать заданное значение соотношения расходов газа и воздуха, подаваемого в печь. Это осуществляется с помощью системы регулирования соотношения «газ-воздух». Исходными сигналами для работы этой системы являются сигналы, пропорциональные расходам газа и воздуха, а регулирующее воздействие сказывается на изменении подачи воздуха в стекловаренную печь. В системе регулирования соотношения «газ-воздух» предусмотрены также автоматический контроль расходов газа и воздуха, подаваемых в печь.

Стабилизация давления в газовом пространстве печи осуществляется регулятором давления. Входным сигналом для системы регулирования давления является сигнал, пропорциональный текущему значению давления в печи, а регулирующее воздействие сказывается на изменении положения шибера дымососа. В этой системе может быть предусмотрена коррекция по разряжению в дымовом канале. В систему автоматизации стекловаренной печи входит также система автоматического перевода направления пламени, которая обеспечивает автоматический режим перевода пламени в стекловаренной печи.

5. Описание работы принципиальной электрической схемы

Текущее значение температуры измеряется термоэлектрическим преобразователем, который преобразует это значение в пропорциональный электрический сигнал постоянного напряжения. Этот сигнал поступает затем на нормирующий преобразователь Ш78, преобразующий входное напряжение в унифицированный токовый сигнал постоянного тока величиной 0-5 мА. С выхода нормирующего преобразователя сигнал поступает на регистрирующий и показывающий прибор ДИСК-250, который показывает текущее значение температуры на шкале и записывает это значение на диаграмме. Кроме того этот сигнал поступает на вход регулятора РП4-У. С задающего устройства РЗД10К на вход регулятора поступает сигнал пропорциональный заданному значению температуры. Регулятор согласно выбранному ПИ - закону регулирования вырабатывает управляющее воздействие, которое поступает на блок ручного управления БРУ-42. Этот блок служит для выбора режима работы системы (автоматический или дистанционный), а также для управления исполнительным механизмом в дистанционном режиме работы, который используется при пуско-наладочных работах. Блок БРУ-42 снабжён дистанционным указателем положения регулирующего органа. С выхода БРУ-42 сигнал поступает на бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-2, который включает в работу электрический исполнительный механизм типа МЭО, начинающий перемещающий регулирующий орган - заслонку на газопроводе. При этом изменяется подача газа в печь. Процесс продолжается до тех пор пока текущее значение температуры не станет равно заданному.

Список литературы

1. В.С. Кочетов, В.И. Кубанцев, А.А. Ларченко и другие, «Автоматизация производственных процессов в промышленности строительных материалов». Л., Стройиздат, 1986 г.

2. Гинзбург И.Б., Титов Ю.А., «Монтаж, наладка и эксплуатация автоматических устройств в промышленности строительных материалов». Л., Стройиздат, 1984 г.

3. А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев, «Проектирование систем автоматизации технологических процессов» Справочное пособие. М., Энергоатомиздат, 1990 г.

4. В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и другие, «Промышленные приборы и средства автоматизации» Справочник. Л., Машиностроение, 1987 г.

технологический стекломасса автоматизация контроль

Размещено на Allbest.ru