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浅析碳酸钙干燥工艺控制技术及其应用

发布时间:2011/11/8  点击次数:7299

浅析碳酸钙干燥工艺控制技术及其应用

齐建军1、2   王  庆1   杨京凯2

(1.石家庄鸿宇化学工程技术有限公司,2.石家庄通宇化工设备有限公司)

  摘要:沉淀碳酸钙干燥为重要能耗工序,分析干燥过程的控制因素,设计合理的工艺控制过程,配置、优化硬件和软件系统,人机界面友好,达到稳定干燥机运行,稳定干燥质量的目的,实现节约能源降低消耗的目标。干燥控制单元可与总厂控制系统融合形成集散控制系统,提高系统的生产效率。
  关键词:沉淀碳酸钙  滚筒列管干燥  能源消耗量  成本核算 自动控制

一、概述
  
根据行业内初步统计,从上世纪末至本世纪初沉淀碳酸钙的国内年产能已经达到八百万吨以上。国内各生产厂家在行业协会的指导下,碳酸钙生产工艺技术在不断地普及,生产工艺水平在不断提高,规模化高效化技术得到了推广。各生产厂家在产品的品种、质量、产能、成本等多方位展开了竞争。行业有序发展,企业相互学习促进,使轻质碳酸钙生产工艺技术不断向前发展。生产工艺技术和各类型人才的广泛交流使轻质碳酸钙生产得到了突飞猛进的发展。
  碳酸钙在化工、医药、建筑建材、造纸等行业得了深度开发应用,成为国民经济中重要的无机化工原材料。
  沉淀碳酸钙的生产多数是由石灰消化后碳化生成,原理相同,工艺却千姿百态,产生的效果也有明显的区别。碳化后的水混合物经过滤水形成含水量不等的湿滤料。湿滤料必须通过干燥除去水分才能生产出符合要求的碳酸钙产品。
  干燥通常是采用热媒加热半成品物料而使水份蒸发的办法来实现,这是一个消耗热能的过程。
  在碳酸钙成本中,能源消耗成本占据了总成本的80%以上,而湿滤料干燥能耗成本费占总成本40%以上。因此干燥成本直接影响着产品成本的高低。提升干燥设备产能的同时提升设备的工艺控制技术水平,稳定干燥工况,是降低干燥能耗和成本的主要途径。

二、干燥设备概况
  
目前各生产企业所使用的干燥设备主要有滚筒列管式、盘式、桨叶、热风强力干燥等型式。根据湿滤料性质和含水份不同可采用不同型式的干燥设备。对于轻钙而言多数厂家采用了滚筒列管式干燥设备。
  近年来鸿宇公司生产的HYGL型系列滚筒列管干燥机在轻钙干燥生产中得到了广大用户的认可。该系列产品是该公司自主研发,依靠科技创新,在原有技术基础上生产的新产品。该产品主要由筒体、大面积内加热管束、外加热敷管、滚圈、托轮、挡轮、传动机构及辅助元件组成。加热介质可以是中低压蒸汽,也可以是有机热载体即导热油类。使用温度范围220---300℃,压力范围0.4---1.2Mpa。
  加热介质通过旋转接头进入大面积排管及筒体敷管放出热量,物料由物料加入口进入,当机组旋转运行时,物料通过热传导、蒸发对流吸收热量,物料及所含水份被加热并不断蒸发。蒸发出的水蒸汽被及时引出以降低蒸发表面压力,维持干燥机蒸发筒内微负压可促进蒸发过程的进行。由于筒体连续旋转,内部物料在抄扳的作用下其蒸发表面不断发生变化,强化了蒸发过程。
  HYGL系列干燥机采用了大排管换热,传热面积大,换热效率高,单位容积干燥能力是常规干燥器的3倍以上,机组热效率达到90%。由于采用了合理的结构,干燥机内物料与热介质换热合理,物流顺畅,干燥的均匀性好,可操作性强,易于维护保养,运行稳定。

三、滚筒列管干燥机自动化控制工艺方案
  
采用目前应用广泛、性能成熟的自动化控制工艺技术,干燥设备可达到运行稳定,节能降耗的目标。现将有关内容做如下介绍。

单台年产三万五千吨轻钙滚筒列管干燥机自动化控制方案
  
1、工艺参数
  (1)进、出料成份
  含水小于32%的沉淀碳酸钙膏体物料
  进  料 温 度:25~30℃
  
进   料   量:6~8吨/小时
  出料水分含量:0.3%
  (2)加热蒸汽
  温        度:260±5℃
  
压        力:0.8±0.05MPa
  流        量:3~6吨/小时
  2、工艺控制原理
  滚筒列管干燥机出料水分的多少与出料温度、干燥蒸发压力有直接关系,与加料量、滚筒转速有正相关系。根据这些因素,以出料温度为主控参数,干燥机内压力为辅助控制参数。
  当出料温度与设定值产生偏差时,调节器分别输出一组信号,一路送副环调节器调节蒸汽加入量;另一路送滚筒变频调节器调整滚筒转速;第三路送加料机变频调节器调整给料机的转速从而调整给料量。当出料温度升高时调节器调整蒸汽调节阀关小进汽量,相应增加加料量,同时滚筒转速也相应增加,直至出料温度恢复正常值;当出料温度降低时,调节器增大蒸汽供入量,适当降低进料量,相应降低滚筒转速直至出料温度恢复正常值。当加料增加或减少时相应增加或减小滚筒的转速以保持进出料的平衡。
  当蒸汽压力发生变化时由副环调节克服此干扰。
  为使蒸发的水蒸汽及时排走并得到处理,以排潮汽筒内压力为控制参数。当该压力发生变化时,由压力变送器送压力调节器并与给定值比较,输出一调节信号控制引风机变频,变频器控制引风机电机转速,以达到控制排潮汽筒内压力的效果。排潮汽筒内压力维持微负压。
  干燥机滚筒电机与进料电机联锁,当干燥机因故障停机时给料电机跳停并报警。排潮风机与给料电机联锁,当排潮风机因故障停机时给料电机跳停并报警。出料电机与滚筒电机联锁,当出料电机因故障停车时滚筒电机跳停并报警。
  3、自动控制设计和设备选择
  初步统计后,确定模拟量I/O点数,数字I/O点数,开关量数。
  仪表热工人员可根据上述情况做出逻辑控制设计,终端设备及硬件选择。
  对控制过程进行软件设计,软件人员对干燥机控制分析的有效性进行评价,捕获灵敏有效的可控物理化学量,对过程进行控制及联锁、程控图表的形成,产生I/O表格,设计出各类报表和记录格式表。
  完成上述任务后软件人员对相关设备及控制系统进行组态,上机模拟运行,经甲方及监理机构初步验收,形成友好人机界面。设备交付后进行现场安装,试车运行,*组验收,形成文字报告。编制工艺操作使用手册,培训相关操作管理人员等工作。其中在调试运行阶段要实行设计人员、工艺技术人员和经验丰富的操作人员三结合。即,对于计算方法及程控不合理的地方由软件设计人员在试车时及时修正;工艺技术人员要配合软件设计人员完成控制系统的优化;有经验的操作人员提出*佳操作数据和各因素变化周期供工艺技术人员参考整定PID等参数。并且整定后的参数也要随物料特性和热媒特性的改变而及时修正。只有这样才有可能使控制系统处于*好的运行状态,发挥出应有的功效。
  综合以上所述即形成该干燥机控制单元。
  当多台干燥机并列运行时可实现DCS控制并与工厂的总体控制系统相融合,实现集中监视分散控制的目标。
  4、经济效益和环保效益分析
  实施干燥机自动控制技术后,干燥机运行平稳,产品质量稳定,热量消耗下降。据有关资料计算,自动控制比人工操作所消耗的能源要低30%。年产3.5万吨的轻钙生产线,年节约动力煤为:
  3.5万吨×90公斤/吨钙×30%/1000=0.0945万吨
  折价  0.0945×800元/吨=75.6万元。
  单台干燥机控制系统投资约16万元,则投资回收期为:
  16 /(75.6/11)=2.32个月。即正常情况下不足三个月即可收回投资。
  由于减少了用煤量,所以排放量自然减少,并且单台机每年可节约资金七十多万元。

四、结论
  
HYGL滚筒列管干燥机实施温度、给料和出料自动控制,可以达到稳定干燥机运行,保证产品质量,降低能源消耗的目标。该项目不仅有好的经济效益而且有很好的环保效益,值得在广大用户中推广应用。

参考文献
[1]王国庆 崔英德 轻质碳酸钙生产工艺[M] 化学工业出版社,1999:17
[2]潘永康 王喜忠 现代干燥技术 化学工业出版社 1998.2
[3]胡志彤 碳酸钙工业 [M] 内蒙古人民出版社 2001.4
[4]中石化上海工程有限公司 化工工艺设计手册 化学工业出版社 2003.8
[5]全国碳酸钙行业年会论文集 2010 齐建军 运用*科技创造装备精品服务钙镁产业

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