摘要：沉淀碳酸鈣干燥為重要能耗工序，分析干燥過(guò)程的控制因素，設(shè)計(jì)合理的工藝控制過(guò)程，配置、優(yōu)化硬件和軟件系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，達(dá)到穩(wěn)定干燥機(jī)運(yùn)行，穩(wěn)定干燥質(zhì)量的目的，實(shí)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(dòng)控制
一、概述
根據(jù)行業(yè)內(nèi)初步統(tǒng)計(jì)，從上世紀(jì)末至本世紀(jì)初沉淀碳酸鈣的國(guó)內(nèi)年產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到八百萬(wàn)噸以上。國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家在行業(yè)協(xié)會(huì)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)模化高效化技術(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(jìng)爭(zhēng)。行業(yè)有序發(fā)展，企業(yè)相互學(xué)習(xí)促進(jìn)，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(jìn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的無(wú)機(jī)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(guò)濾水形成含水量不等的濕濾料。濕濾料必須通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)消耗熱能的過(guò)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(fèi)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(shí)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(qiáng)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(duì)于輕鈣而言多數(shù)廠家采用了滾筒列管式干燥設(shè)備。
加熱介質(zhì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入大面積排管及筒體敷管放出熱量，物料由物料加入口進(jìn)入，當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，物料通過(guò)熱傳導(dǎo)、蒸發(fā)對(duì)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(shí)引出以降低蒸發(fā)表面壓力，維持干燥機(jī)蒸發(fā)筒內(nèi)微負(fù)壓可促進(jìn)蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)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(qiáng)化了蒸發(fā)過(guò)程。
HYGL系列干燥機(jī)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(jī)組熱效率達(dá)到90%。由于采用了合理的結(jié)構(gòu)，干燥機(jī)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(qiáng)，易于維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定。
三、滾筒列管干燥機(jī)自動(dòng)化控制工藝方案
采用目前應(yīng)用廣泛、性能成熟的自動(dòng)化控制工藝技術(shù)，干燥設(shè)備可達(dá)到運(yùn)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(tái)年產(chǎn)三萬(wàn)五千噸輕鈣滾筒列管干燥機(jī)自動(dòng)化控制方案
1、工藝參數(shù)
（1）進(jìn)、出料成份
含水小于32%的沉淀碳酸鈣膏體物料
進(jìn) 料 溫 度：25～30℃
進(jìn) 料 量：6～8噸/小時(shí)
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(shí)
2、工藝控制原理
滾筒列管干燥機(jī)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(jī)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(shí)，調(diào)節(jié)器分別輸出一組信號(hào)，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(jī)變頻調(diào)節(jié)器調(diào)整給料機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)整給料量。當(dāng)出料溫度升高時(shí)調(diào)節(jié)器調(diào)整蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)小進(jìn)汽量，相應(yīng)增加加料量，同時(shí)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(shí)，調(diào)節(jié)器增大蒸汽供入量，適當(dāng)降低進(jìn)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(shí)相應(yīng)增加或減小滾筒的轉(zhuǎn)速以保持進(jìn)出料的平衡。
當(dāng)蒸汽壓力發(fā)生變化時(shí)由副環(huán)調(diào)節(jié)克服此干擾。
為使蒸發(fā)的水蒸汽及時(shí)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(shí)，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(hào)控制引風(fēng)機(jī)變頻，變頻器控制引風(fēng)機(jī)電機(jī)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(jī)滾筒電機(jī)與進(jìn)料電機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)干燥機(jī)因故障停機(jī)時(shí)給料電機(jī)跳停并報(bào)警。排潮風(fēng)機(jī)與給料電機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)排潮風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)時(shí)給料電機(jī)跳停并報(bào)警。出料電機(jī)與滾筒電機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)出料電機(jī)因故障停車時(shí)滾筒電機(jī)跳停并報(bào)警。
3、自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇
初步統(tǒng)計(jì)后，確定模擬量I/O點(diǎn)數(shù)，數(shù)字I/O點(diǎn)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(jì)，終端設(shè)備及硬件選擇。
對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件人員對(duì)干燥機(jī)控制分析的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，捕獲靈敏有效的可控物理化學(xué)量，對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制及聯(lián)鎖、程控圖表的形成，產(chǎn)生I/O表格，設(shè)計(jì)出各類報(bào)表和記錄格式表。
完成上述任務(wù)后軟件人員對(duì)相關(guān)設(shè)備及控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，上機(jī)模擬運(yùn)行，經(jīng)甲方及監(jiān)理機(jī)構(gòu)初步驗(yàn)收，形成友好人機(jī)界面。設(shè)備交付后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，試車運(yùn)行，^組驗(yàn)收，形成文字報(bào)告。編制工藝操作使用手冊(cè)，培訓(xùn)相關(guān)操作管理人員等工作。其中在調(diào)試運(yùn)行階段要實(shí)行設(shè)計(jì)人員、工藝技術(shù)人員和經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員三結(jié)合。即，對(duì)于計(jì)算方法及程控不合理的地方由軟件設(shè)計(jì)人員在試車時(shí)及時(shí)修正；工藝技術(shù)人員要配合軟件設(shè)計(jì)人員完成控制系統(tǒng)的優(yōu)化；有經(jīng)驗(yàn)的操作人員提出^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(shí)修正。只有這樣才有可能使控制系統(tǒng)處于^好的運(yùn)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(jī)控制單元。
當(dāng)多臺(tái)干燥機(jī)并列運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)DCS控制并與工廠的總體控制系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視分散控制的目標(biāo)。
4、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益分析
實(shí)施干燥機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)后，干燥機(jī)運(yùn)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(jì)算，自動(dòng)控制比人工操作所消耗的能源要低30％。年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸的輕鈣生產(chǎn)線，年節(jié)約動(dòng)力煤為：
3.5萬(wàn)噸×90公斤/噸鈣×30％/1000=0.0945萬(wàn)噸
折價(jià) 0.0945×800元/噸＝75.6萬(wàn)元。
單臺(tái)干燥機(jī)控制系統(tǒng)投資約16萬(wàn)元，則投資回收期為：
16 /（75.6/11）=2.32個(gè)月。即正常情況下不足三個(gè)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(tái)機(jī)每年可節(jié)約資金七十多萬(wàn)元。
四、結(jié)論
HYGL滾筒列管干燥機(jī)實(shí)施溫度、給料和出料自動(dòng)控制，可以達(dá)到穩(wěn)定干燥機(jī)運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗的目標(biāo)。該項(xiàng)目不僅有好的經(jīng)濟(jì)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。
