淺析碳酸鈣干燥工藝控制技術(shù)及其應(yīng)用

淺析碳酸鈣干燥工藝控制技術(shù)及其應(yīng)用

齊建軍^1、2   王  慶¹   楊京凱²

（1.石家莊鴻宇化學(xué)工程技術(shù)有限公司，2.石家莊通宇化工設(shè)備有限公司）

摘要：沉淀碳酸鈣干燥為重要能耗工序，分析干燥過程的控制因素，設(shè)計合理的工藝控制過程，配置、優(yōu)化硬件和軟件系統(tǒng)，人機界面友好，達(dá)到穩(wěn)定干燥機運行，穩(wěn)定干燥質(zhì)量的目的，實現(xiàn)節(jié)約能源降低消耗的目標(biāo)。干燥控制單元可與總廠控制系統(tǒng)融合形成集散控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：沉淀碳酸鈣  滾筒列管干燥  能源消耗量  成本核算 自動控制

一、概述

根據(jù)行業(yè)內(nèi)初步統(tǒng)計，從上世紀(jì)末至本世紀(jì)初沉淀碳酸鈣的國內(nèi)年產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到八百萬噸以上。國內(nèi)各生產(chǎn)廠家在行業(yè)協(xié)會的指導(dǎo)下，碳酸鈣生產(chǎn)工藝技術(shù)在不斷地普及，生產(chǎn)工藝水平在不斷提高，規(guī)?；咝Щ夹g(shù)得到了推廣。各生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品的品種、質(zhì)量、產(chǎn)能、成本等多方位展開了競爭。行業(yè)有序發(fā)展，企業(yè)相互學(xué)習(xí)促進，使輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝技術(shù)不斷向前發(fā)展。生產(chǎn)工藝技術(shù)和各類型人才的廣泛交流使輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)得到了突飛猛進的發(fā)展。

碳酸鈣在化工、醫(yī)藥、建筑建材、造紙等行業(yè)得了深度開發(fā)應(yīng)用，成為國民經(jīng)濟中重要的無機化工原材料。

沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)多數(shù)是由石灰消化后碳化生成，原理相同，工藝卻千姿百態(tài)，產(chǎn)生的效果也有明顯的區(qū)別。碳化后的水混合物經(jīng)過濾水形成含水量不等的濕濾料。濕濾料必須通過干燥除去水分才能生產(chǎn)出符合要求的碳酸鈣產(chǎn)品。

干燥通常是采用熱媒加熱半成品物料而使水份蒸發(fā)的辦法來實現(xiàn)，這是一個消耗熱能的過程。

在碳酸鈣成本中，能源消耗成本占據(jù)了總成本的80%以上，而濕濾料干燥能耗成本費占總成本40%以上。因此干燥成本直接影響著產(chǎn)品成本的高低。提升干燥設(shè)備產(chǎn)能的同時提升設(shè)備的工藝控制技術(shù)水平，穩(wěn)定干燥工況，是降低干燥能耗和成本的主要途徑。

二、干燥設(shè)備概況

目前各生產(chǎn)企業(yè)所使用的干燥設(shè)備主要有滾筒列管式、盤式、槳葉、熱風(fēng)強力干燥等型式。根據(jù)濕濾料性質(zhì)和含水份不同可采用不同型式的干燥設(shè)備。對于輕鈣而言多數(shù)廠家采用了滾筒列管式干燥設(shè)備。

近年來鴻宇公司生產(chǎn)的HYGL型系列滾筒列管干燥機在輕鈣干燥生產(chǎn)中得到了廣大用戶的認(rèn)可。該系列產(chǎn)品是該公司自主研發(fā)，依靠科技創(chuàng)新，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上生產(chǎn)的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品主要由筒體、大面積內(nèi)加熱管束、外加熱敷管、滾圈、托輪、擋輪、傳動機構(gòu)及輔助元件組成。加熱介質(zhì)可以是中低壓蒸汽，也可以是有機熱載體即導(dǎo)熱油類。使用溫度范圍220---300℃，壓力范圍0.4---1.2Mpa。

加熱介質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)接頭進入大面積排管及筒體敷管放出熱量，物料由物料加入口進入，當(dāng)機組旋轉(zhuǎn)運行時，物料通過熱傳導(dǎo)、蒸發(fā)對流吸收熱量，物料及所含水份被加熱并不斷蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水蒸汽被及時引出以降低蒸發(fā)表面壓力，維持干燥機蒸發(fā)筒內(nèi)微負(fù)壓可促進蒸發(fā)過程的進行。由于筒體連續(xù)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部物料在抄扳的作用下其蒸發(fā)表面不斷發(fā)生變化，強化了蒸發(fā)過程。

HYGL系列干燥機采用了大排管換熱，傳熱面積大，換熱效率高，單位容積干燥能力是常規(guī)干燥器的3倍以上，機組熱效率達(dá)到90%。由于采用了合理的結(jié)構(gòu)，干燥機內(nèi)物料與熱介質(zhì)換熱合理，物流順暢，干燥的均勻性好，可操作性強，易于維護保養(yǎng)，運行穩(wěn)定。

三、滾筒列管干燥機自動化控制工藝方案

采用目前應(yīng)用廣泛、性能成熟的自動化控制工藝技術(shù)，干燥設(shè)備可達(dá)到運行穩(wěn)定，節(jié)能降耗的目標(biāo)?，F(xiàn)將有關(guān)內(nèi)容做如下介紹。

單臺年產(chǎn)三萬五千噸輕鈣滾筒列管干燥機自動化控制方案

1、工藝參數(shù)

（1）進、出料成份

含水小于32%的沉淀碳酸鈣膏體物料

進  料 溫 度：25～30℃

進   料   量：6～8噸/小時

出料水分含量：0.3%

（2）加熱蒸汽

溫        度：260±5℃

壓        力：0.8±0.05MPa

流        量：3～6噸/小時

2、工藝控制原理

滾筒列管干燥機出料水分的多少與出料溫度、干燥蒸發(fā)壓力有直接關(guān)系，與加料量、滾筒轉(zhuǎn)速有正相關(guān)系。根據(jù)這些因素，以出料溫度為主控參數(shù)，干燥機內(nèi)壓力為輔助控制參數(shù)。

當(dāng)出料溫度與設(shè)定值產(chǎn)生偏差時，調(diào)節(jié)器分別輸出一組信號，一路送副環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)蒸汽加入量；另一路送滾筒變頻調(diào)節(jié)器調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速；第三路送加料機變頻調(diào)節(jié)器調(diào)整給料機的轉(zhuǎn)速從而調(diào)整給料量。當(dāng)出料溫度升高時調(diào)節(jié)器調(diào)整蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)小進汽量，相應(yīng)增加加料量，同時滾筒轉(zhuǎn)速也相應(yīng)增加，直至出料溫度恢復(fù)正常值；當(dāng)出料溫度降低時，調(diào)節(jié)器增大蒸汽供入量，適當(dāng)降低進料量，相應(yīng)降低滾筒轉(zhuǎn)速直至出料溫度恢復(fù)正常值。當(dāng)加料增加或減少時相應(yīng)增加或減小滾筒的轉(zhuǎn)速以保持進出料的平衡。

當(dāng)蒸汽壓力發(fā)生變化時由副環(huán)調(diào)節(jié)克服此干擾。

為使蒸發(fā)的水蒸汽及時排走并得到處理，以排潮汽筒內(nèi)壓力為控制參數(shù)。當(dāng)該壓力發(fā)生變化時，由壓力變送器送壓力調(diào)節(jié)器并與給定值比較，輸出一調(diào)節(jié)信號控制引風(fēng)機變頻，變頻器控制引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制排潮汽筒內(nèi)壓力的效果。排潮汽筒內(nèi)壓力維持微負(fù)壓。

干燥機滾筒電機與進料電機聯(lián)鎖，當(dāng)干燥機因故障停機時給料電機跳停并報警。排潮風(fēng)機與給料電機聯(lián)鎖，當(dāng)排潮風(fēng)機因故障停機時給料電機跳停并報警。出料電機與滾筒電機聯(lián)鎖，當(dāng)出料電機因故障停車時滾筒電機跳停并報警。

3、自動控制設(shè)計和設(shè)備選擇

初步統(tǒng)計后，確定模擬量I/O點數(shù)，數(shù)字I/O點數(shù)，開關(guān)量數(shù)。

儀表熱工人員可根據(jù)上述情況做出邏輯控制設(shè)計，終端設(shè)備及硬件選擇。

對控制過程進行軟件設(shè)計，軟件人員對干燥機控制分析的有效性進行評價，捕獲靈敏有效的可控物理化學(xué)量，對過程進行控制及聯(lián)鎖、程控圖表的形成，產(chǎn)生I/O表格，設(shè)計出各類報表和記錄格式表。

完成上述任務(wù)后軟件人員對相關(guān)設(shè)備及控制系統(tǒng)進行組態(tài)，上機模擬運行，經(jīng)甲方及監(jiān)理機構(gòu)初步驗收，形成友好人機界面。設(shè)備交付后進行現(xiàn)場安裝，試車運行，專家組驗收，形成文字報告。編制工藝操作使用手冊，培訓(xùn)相關(guān)操作管理人員等工作。其中在調(diào)試運行階段要實行設(shè)計人員、工藝技術(shù)人員和經(jīng)驗豐富的操作人員三結(jié)合。即，對于計算方法及程控不合理的地方由軟件設(shè)計人員在試車時及時修正；工藝技術(shù)人員要配合軟件設(shè)計人員完成控制系統(tǒng)的優(yōu)化；有經(jīng)驗的操作人員提出最佳操作數(shù)據(jù)和各因素變化周期供工藝技術(shù)人員參考整定PID等參數(shù)。并且整定后的參數(shù)也要隨物料特性和熱媒特性的改變而及時修正。只有這樣才有可能使控制系統(tǒng)處于最好的運行狀態(tài)，發(fā)揮出應(yīng)有的功效。

綜合以上所述即形成該干燥機控制單元。

當(dāng)多臺干燥機并列運行時可實現(xiàn)DCS控制并與工廠的總體控制系統(tǒng)相融合，實現(xiàn)集中監(jiān)視分散控制的目標(biāo)。

4、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益分析

實施干燥機自動控制技術(shù)后，干燥機運行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，熱量消耗下降。據(jù)有關(guān)資料計算，自動控制比人工操作所消耗的能源要低30％。年產(chǎn)3.5萬噸的輕鈣生產(chǎn)線，年節(jié)約動力煤為：

3.5萬噸×90公斤/噸鈣×30％/1000=0.0945萬噸

折價  0.0945×800元/噸＝75.6萬元。

單臺干燥機控制系統(tǒng)投資約16萬元，則投資回收期為：

16 /（75.6/11）=2.32個月。即正常情況下不足三個月即可收回投資。

由于減少了用煤量，所以排放量自然減少，并且單臺機每年可節(jié)約資金七十多萬元。

干燥機控制工藝方案如下圖：

四、結(jié)論

HYGL滾筒列管干燥機實施溫度、給料和出料自動控制，可以達(dá)到穩(wěn)定干燥機運行，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗的目標(biāo)。該項目不僅有好的經(jīng)濟效益而且有很好的環(huán)保效益，值得在廣大用戶中推廣應(yīng)用。

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