Управление процессом получения стекломассы в производстве

1.1       Описание технологического процесса получения стекломассы.

Производство стекломассы включает в себя варку шихты в стекловаренной печи и нормализацию температурного режима в питателях.

На предприятии ООО «ВМ Product АстраханьСтекло» варка шихты производится в стекловаренной печи с поперечным направлением пламени.

Печь имеет три зоны:

1.      зона варки;

2.      зона осветления;

3.      рабочая зона.

Горелки в печи расположены по бокам, по две на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

На горелки печи подаётся топливный газ, который сгорает в присутствии воздуха. Воздух подаётся воздуходувкой в регенераторы, расположенные с двух сторон печи. В регенераторах воздух нагревается за счёт тепла от печи. Образующиеся дымовые газы выходят из печи и через дымовую трубу и удаляются в атмосферу.

Шихта со стеклобоем поступает в стекловаренную печь, в которой производится варка.

Основной особенностью процесса стекловарения в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.

В ванных печах провар шихты происходит под влиянием следующих теплообменных процессов:

- передачи лучистой энергии от горячих газов и кладки верхнего строения;

- конвективного переноса тепла от факела к шихте;

- теплопередачи в слое загружаемой шихты;

- передачи тепла к шихте снизу от стекломассы.

Поскольку газы в полости печи перемещаются с небольшими скоростями (1-4 м/c), то конвективная составляющая передачи тепла в пламенном пространстве не превышает 5-15%. Теплопередачей в самой шихте вследствие ее большого термического сопротивления можно пренебречь.

Таким образом, плавление шихты происходит, главным образом, за счёт излучения факелов и пламенного пространства сверху, а также от стекломассы снизу. Соотношение между ними находится в пределах

(1,5-2,5):1. Это определяет ведущую роль процессов варки на поверхности кучи шихты. В результате лимитирующим звеном всего процесса варки стекла в промышленной печи становится скорость прогрева массы шихты до температуры ее плавления.

Шихту подают в печь загрузчиком З1 продольными грядами высотой 150-250 мм, количество которых равно числу столов загрузчиков. Мгновенное достижение высоких температур приводит к быстрому (в течение нескольких минут) оплавлению шихты и образованию на ее поверхности подвижной пленки расплава в виде слоя. Под этой плёнкой образуется пластичный слой, который состоит из смеси жидкой и твердой фаз, но жидкой фазы оказывается немного, вследствие чего этот слой остаётся неподвижным.

Ниже этого слоя находится не спекшаяся шихта с температурой 100-

300°С из-за низкой теплопроводности и теплопрозрачности поверхностных слоев. Снизу в печь подаётся воздух воздуходувкой В2 для обеспечения интенсивного перемешивания слоёв шихты и стекломассы.

За границу между слоями условно можно принять изотермические поверхности с температурами 1200°С (практическая неподвижность расплава ниже этой температуры) и 800°С (температура появления в нагреваемой шихте заметного количества жидкой фазы). Эти же слои имеются с нижней стороны гряды шихты вследствие поступления к ней тепла от находящейся в бассейне стекломассы.

Все стадии стекловарения протекают в различных слоях кучи шихты, имеющих температуру 100-1200°С. Жидкий расплав образуется на поверхности кучи шихты в виде пленки толщиной около 10 мм с градиентом температур по этой толщине 80-120°С. При этом слой расплава толщиной 4-5 мм стекает с кучи со скоростью 3-5 м/ч, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты, который, приобретая достаточную текучесть при повышении его температуры, также начинает стекать, обнажая следующие слои. В нижней части кучи тот же процесс протекает с меньшей интенсивностью вследствие более низких температур стекломассы по сравнению с температурой пламенного пространства над кучами шихты.

В конечном итоге эти процессы приводят к изменению высоты куч шихты, их основания и объёма. Скорость изменения высоты кучи шихты зависит от соотношения скоростей двух процессов – образования пленки расплава и ее стекания.

Процесс образования пленки расплава определяется уровнем температур над зоной варки.

Полученный расплав из печи поступает через выработочный канал в питатели стекломассы.

Питатель обеспечивает плавное охлаждение потока стекломассы до требуемой температуры.

Это нужно для того, чтобы стекломасса поступила в машину для формования с определенной температурой, требуемой по технологии. Для разных видов продукции определена разная температура формования, которую следует строго поддерживать. Это важный параметр, сильно влияющий на качество изделий. Колебания температуры на выходе питателя и отклонение ее от нормы приводят к увеличению числа брака бутылок и снижению, в общем, качества продукции, поэтому важно точное регулирование температуры особенно в последней зоне. Необходимость в питателе также обусловлена тем, что разность температуры стекломассы, выходящей из стекловаренной печи, и температуры окружающего воздуха очень велика. Это приводит к слишком быстрому охлаждению и вредному изменению свойств стекломассы, а также невозможности достижения нужной температуры стекломассы при поступлении в машину для формования.

На ООО «БМ АстраханьСтекло» стекломасса, идущая из печи, распределяется выработочным каналом по трём питателям стекломассы, ориентированных на изготовление разных видов продукции. В конце каждого питателя располагается стекло-формовочная машина, формующая бутылки и транспортирующая их к печи отжига, их также две.

Выработочный канал распределяет стекломассу по трём питателям, скорость которой для каждого питателя разная, он также определяет температуру на входах питателей. К каждой зоне канала подведены горелки, определяющие температуру движущейся стекломассы. Выработочный канал имеет пять зон. Питатели предназначены для придания нужного температурного режима стекломассе, выходящей из печи. Они разделены на четыре зоны. На входе питателя осуществляется только контроль температуры стекломассы, а в первой, второй, третьей и четвертой зонах ещё и ее регулирование. Регулировка температуры должна производиться с большой точностью (в пределах 1-го градуса), т.к. это имеет важное значение для протекания технологического процесса.

Проходя каждую зону, стекломасса остужается до определенной температуры.

В состав питателей и выработочного канала входит следующее технологическое оборудование:

- непосредственно конструкция питателей и выработочного канала, собранная из жаростойкого кирпича;

- газорегуляторная установка (ГРУ) подготовки газа на горение;

- установки газосмесительные;

- вентиляторы высокого давления с затворами;

- комплект горелочных устройств.

ГРУ используется для понижения и стабилизации давления газа, поступающего из цеховой магистрали, до давления, необходимого для функционирования установок газосмесительных. Выходное давление составляет 80…100 мбар. Работу ГРУ контролирует автоматическая система безопасности.

Установка газосмесительная предназначена для приготовления и подачи необходимого количества газовоздушной смеси на горелки в зонах выработочного канала и питателей стекломассы. Она обеспечивает заданное соотношение «газ-воздух» во всем диапазоне расхода газовоздушной смеси. За стабильное поддержание соотношения  «газ-воздух» отвечает регулятор постоянства давления. Выходное давление газовоздушной смеси составляет 2…40 мбар.

Горелочное устройство предназначено для сжигания природного газа с полным предварительным смешиванием. Горелочное устройство состоит из следующих основных узлов:

- горелка – для подачи газо-воздушной смеси в отверстие горелочного камня с последующим сжиганием ее в газопламенном пространстве выработочного канала или питателя;

- коллектор – для распределения газо-воздушной смеси по горелкам;

- огнепреградитель – для предотвращения проскока пламени в подводящий трубопровод.

Вентиляторы высокого давления предназначены для подачи воздуха к установкам газосмесительным. Вентиляторы имеют поворотные затворы, которые монтируются на воздуховоде. Для бесперебойной подачи воздуха обычно используются два вентилятора (рабочий и резервный).

Пирометры, используемые для измерения температуры, должны быть установлены по оси со свода выработочного канала и питателей стекломассы. Они производят измерение температуры верхнего слоя стекломассы.

В выработочном канале пирометры устанавливаются на выходе каждой зоны регулирования. В питателе стекломассы пирометры устанавливаются на выходе каждой зоны охлаждения, в зоне выравнивания температур (зоне конденсирования). пирометры измеряют температуру в пяти зонах выработочного канала  и четырёх зонах каждого питателя.

На заводе используются три питателя для выпуска стекломассы.

Движение стекломассы в питателях происходит за счет их малого наклона и давления стекломассы в печи. Горелки расположены над жидким стеклом и установлены с обеих сторон питателей. К ним подается уже готовая газо-воздушная смесь. Дымовые газы отводятся естественным образом через башни, установленные в своде питателей во внешнюю среду. Для каждого питателя предусмотрена своя газосмесительная станция. Подвод газа осуществляется, как показано на технологических схемах.

1.2             Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения.

На предприятии ООО «BM Product АстраханьCтекло»  реализована система автоматизации, которая обеспечивает:

- поддержание параметров стекловаренной печи и питателей в установленном диапазоне за счет работы локальных контуров регулирования температуры, давления, уровня, расхода;

- контроль параметров процесса;

- подачу аварийной и предупредительной сигнализации;

- дистанционное управление процессом в случаях профилактики, ремонта и отработки режима.

Система управления выполняется на базе программируемого контроллера С200 первых выпусков.

В качестве первичных средств контроля используются датчики-давления Сапфир-22.

На каждом объекте существует своя автономная система управления, связи между ними нет.

Предлагается создание распределенной автоматизированной системы  с объединением контроллеров в локальную заводскую сеть.

14