Processo de produção
Rainer Bocher
DURAG Process & Systems Technology GmbH, Hamburgo/Alemanha
Resumo:
A produção de clínquer de cimento através do processo de queima em forno rotativo, o processo de sinterização é fundamental para a qualidade do clínquer , é necessário um controle preciso da entrada de energia no processo. Com a ajuda dos dados de saída específicos de cada um dos componentes do sistema DURAG, como o sistema de vídeo, sistema de termografia, medição de temperatura, estão disponíveis dados on-line do processo de sinterização que ajudarão o sistema de controle do processo e o operador de forno, com base em suas habilidades e experiências operacionais, para controlar e otimizar o processo de produção de clínquer.
Acompanhamento e análise térmica do processo de produção de clínquer.
1. Conhecimento do Processo
- Introdução:
O cimento é fabricado em uma série de processos onde a matéria-prima, mais ou menos uma mistura de calcário, argila, areia e minério de ferro, é aquecida no forno rotativo até derreter parcialmente a aprox. 1450 °C e transformado química e fisicamente em clínquer (através do processo de sinterização). O clínquer resfriado é finalmente moído com areia e aditivos ao produto cimento. O processo de sinterização é fundamental para a qualidade do clínquer. Durante esse processo, o material passa por diferentes estados de agregação. O controle preciso do processo e a entrada otimizada de energia térmica são a base para um processo de sinterização otimizado.
A combustão é o processo necessário para transformar a energia do combustível no calor necessário para cozer o clínquer. Como a relação entre custos de energia e despesas totais de produção na indústria cimenteira é muito elevada, os combustíveis secundários, de coprocessamento, são aplicados em alto grau para economizar combustíveis primários. Os combustíveis secundários têm frequentemente valores de calor flutuantes, que influenciam de forma negativa as conversões térmicas ou químicas relativamente complexas da matéria-prima. Calor insuficiente levará a um aumento de cal não convertida no clínquer; já o calor em excesso vai encurtar a vida útil dos tijolos refratários no forno, danificar a estrutura do forno, diminuir a qualidade do produto e aumentar os custos do processo.
Os componentes do sistema de vídeo, termografia e espectroscopia da DURAG foram projetados para monitoramento e análise térmica do processo de produção de clínquer na zona de sinterização e para monitoramento da formação do leito de clínquer no resfriador de grelha (Fig. .1). Os sistemas de sensores inteligentes industriais são purgados a ar e resfriados a água, painel de controle de campo para pré-processamento de dados de vídeo, termografia, espectroscopia e sinais de sensores, bem como o PLC de controle para supervisão de segurança dos sensores, um espectrômetro de dois canais, monitores de vídeo e o PC do sistema normalmente localizado na sala de controle do processo.
A arquitetura do sistema é modular e permite um nível de configuração orientado à aplicação. Os sensores foram especialmente projetados para a indústria de cimento, para a detecção on-line sem contato das condições do processo, sem quaisquer “peças móveis do sensor” na parte interna do equipamento de campo. Esta característica garante uma elevada vida útil económica do sistema com baixos custos de manutenção.
O software no computador do sistema serve para cálculo de temperaturas dentro de áreas geométricas definíveis dentro da matriz visível completa e para cálculo da distribuição espacial de temperatura (sistema de termografia), para medição de temperaturas reais de chama (medição de temperatura com espectroscopia).
O uso dos Sensores DURAG dá ao operador do forno a capacidade de observar as condições do processo com grande detalhe visual, de analisar e interpretar a temperatura de praticamente qualquer objeto ou região de interesse (ROI = Região de Interesse) dentro do campo de visão do sistema.
2. Descrição dos componentes do sistema
Sensor de Imagem:
O Sensor de imagem da DURAG foi projetado para uso em processos de alta temperatura e ambientes empoeirados. A caixa do sensor é resfriado a água ou a ar comprimido e uma ponta do sensor selada a ar comprimido (Fig. 2). O sensor é composto por um boroscópio como sistema óptico, uma câmera CCD colorida e para o sistema de espectroscopia todos os componentes ópticos e de fibra ótico necessários para captar a radiação eletromagnética do processo e para transportar esta radiação até o espectrômetro localizado no painel de campo (Fig. 3). O boroscópio está, portanto, equipado com duas fibras ópticas com duas linhas de visão diferentes (para a chama e para o leito de clínquer na saída do forno). O dispositivo de espectroscopia de emissão serve para coletar dados on-line específicos do clínquer e da chama. A radiação emitida pela chama por sua cintilação é continuamente captada e o comprimento de onda medido é analisado. Este sinal de radiação é usada para calcular a temperatura (radiação de Planck) e por uma parte característica do processo termodinâmico (quimioluminescência).
Sistema de retração pneumático:
O sistema de retração automática do sensor opera com ar comprimido para inserir a câmera no forno e retraí-la imediatamente em caso de falhas (Fig. 4). Para monitorar as condições da água de resfriamento e o o fornecimento de ar comprimido, o sistema é monitora ambas as variáveis continuamente.
A câmera é montada abaixo do suporte de movimentação automática para evitar a deposição de poeira em seus trilhos.
Incluído a câmera, abriga uma reservatório de ar de emergência, para garantir que o sistema de sensor DURAG se do forno em caso de falha (por exemplo, alterações na temperatura da ponta do camera, falta de pressão do ar comprimido e/ou vazão do volume de ar comprimido, vazão da água de resfriamento, temperatura da água de resfriamento no caminho de retorno, falha na alimentação elétrica), mesmo que o alimentador de ar comprimido esteja completamente indisponível. a pressão do ar é controlada por um controlador de pressão para ajuste de pressão de 4,5 bar.
O ar comprimido é ajustado à pressão interna de operação de 4,5 bar por meio de um regulador de pressão. Um fluxo parcial deste ar comprimido é usado como ar de resfriamento para a câmera do sensor e como ar de purga para a ponta do sensor.
Painel de controle de campo:
O painel de controle de campo contém todos os dispositivos de controle necessários para garantir o funcionamento perfeito do sistema de sensores:
– PLC dedicado para monitorar o status do sensor, o status do ar comprimido, o status da água de resfriamento e o controle da retração unidade.
– As fontes de alimentação do PLC e da câmera CCD e para o transmissor de sinal.
– Transmissores de sinal para transmissão digital de vídeo e dados de processo com cabo de fibra óptica para a unidade PC do sistema e ao monitor de vídeo na sala de controle (distância até 1000 metros).
O painel de controle de campo deve ser colocado próximo ao sensor DURAG a uma distância de até 10 m e conectado ao sensor e à unidade retrátil por meio de cabos pré-fabricados. A conexão entre o gabinete de campo e o monitor/PC do sistema na sala de controle é feita por cabo de fibra óptica (distância de até 1000 m). Eventos de processo (por exemplo, alarmes) são transmitidos do gabinete de controle de campo para o PC do sistema e exibidos na tela do PC do sistema. O sensor pode ser operado manualmente a partir do painel de controle em campo.
Sistema PC:
O PC do sistema é um PC industrial de 19″, geralmente instalado na sala de controle do processo. É equipado com dispositivos de alta velocidade para processamento digital, exibindo todas as telas de informações com a Interface Homem-Máquina (IHM) e arquivando todos os dados. Para o link de dados para o sistema de controle e informação da planta (DCS), obrigatório para o software gratuito de previsão de cal, existem diversas interfaces diferentes, como Serial Link, Ethernet TCP/IP, MODbus.
Para manutenção remota (diagnóstico de software, atualização e manutenção de software) ou outros fins de suporte técnico remoto, é (altamente) recomendado que o PC do sistema esteja equipado com um modem ou, melhor ainda, com um adaptador ISDN.
Sistema de vídeo e software de termografia:
Para informação visual, uma imagem colorida em tempo real (vídeo ao vivo) da zona de sinterização do forno rotativo ou do resfriador de clínquer em modo de alta resolução é exibida permanentemente em um monitor de vídeo colorido (Figs. 5 e 6). A partir do sistema de vídeo, o operador obterá uma visão on-line das cores do forno e do resfriador, com apresentação da forma e posição da chama, posição e condição do bico do queimador, situação do leito de clínquer: com espessura, condição, aglomeração e formação de anéis de clínquer . No resfriador de clínquer são detectáveis “bonecos de neve” e “rio vermelho”. O software de termografia calcula e converte a imagem adquirida da câmera CCD da zona de queima e do leito de clínquer em uma imagem termográfica de cores falsas (Fig. 7). O cálculo da temperatura com o software de termografia é baseado na análise pirométrica colorida das emissões da faixa visível da luz (400 – 800 nm).
As temperaturas de objetos ou regiões pré-selecionadas (ROI – Regions Of Interest) da área visível da câmera são calculadas e apresentadas. A forma, dimensão e posição de qualquer ROI são definíveis pelo operador. Este cálculo de temperatura a partir dos ROIs pode ser definido como valor mínimo, máximo ou médio e é exibido como gráficos de tendência. Além das ROI’s (Regions Of Interest), linhas definíveis (LOI’s – Lines Of Interest) são armazenadas (Fig. 8).
Os componentes do sistema de vídeo, termografia e espectroscopia da DURAG foram projetados para monitoramento e análise térmica do processo de produção de clínquer na zona de sinterização e para monitoramento da formação do leito de clínquer no resfriador de grelha (Fig. .1). Os sistemas de sensores inteligentes industriais são purgados a ar e resfriados a água, painel de controle de campo para pré-processamento de dados de vídeo, termografia, espectroscopia e sinais de sensores, bem como o PLC de controle para supervisão de segurança dos sensores, um espectrômetro de dois canais, monitores de vídeo e o PC do sistema normalmente localizado na sala de controle do processo.
A arquitetura do sistema é modular e permite um nível de configuração orientado à aplicação. Os sensores foram especialmente projetados para a indústria de cimento, para a detecção on-line sem contato das condições do processo, sem quaisquer “peças móveis do sensor” na parte interna do equipamento de campo. Esta característica garante uma elevada vida útil económica do sistema com baixos custos de manutenção.
Instalação em ambiente empoeirado:
Os sensores de vídeo e termografia da DURAG são projetados para operar em condições operacionais ambientais adversas condições em fornos de cimento e resfriadores de clínquer. Os sensores irão suportar altas temperaturas e condições operacionais empoeiradas.
O sensor de vídeo fornece uma imagem de vídeo física e nítida em saída do forno e resfriador de clínquer em tempo real. A termografia sensor mede a temperatura da chama e do clínquer material nos fornos e resfriadores de clínquer.
Com base nesses requisitos de desempenho, o sensor de vídeo apresenta a situação tal como é nos fornos e resfriadores, mesmo em a presença de poeira. O sensor termográfico foi projetado para medir temperaturas da chama e do material de clínquer, mesmo que haja poeira no caminho de medição entre os sensores ópticos e a zona de sinterização/chama ou refrisfriador da grelha caindo ponto de clínquer. A influência da poeira na temperatura a medição é avaliada matematicamente com um quantificador de poeira.
Sistema e software de espectroscopia:
O sistema de espectroscopia de emissão é aplicado para analisar a radiação monocromática proveniente do processo de queima no forno. O sistema de espectroscopia fornece duas melhorias importantes ao sistema básico de vídeo e termografia. Uma melhoria é a capacidade de medição precisa da temperatura real da chama do queimador e do clínquer na saída do forno com base emOs valores médios são realizados e apresentados em exibições de tendências com resolução de tempo. Além das janelas de medição livremente selecionáveis (ROI’s – Regions of Interest), existem as chamadas linhas de pixels livremente selecionáveis (LOI’s – Lines of Interest), que podem ser colocadas sobre uma ou mais regiões de medição livremente selecionáveis e salvas (Figura 8).
Com estas informações do processo, além das informações do sistema de controle da planta, o operador do forno poderá ajustar on-line os pontos de ajuste, por exemplo, para a velocidade de rotação do forno, a taxa de alimentação da matéria-prima ou a entrada de calor. O operador do forno também é capaz de detectar falhas on-line no processo e, como resultado, pode organizar qualquer manutenção necessária.
Com estas informações adicionais de temperatura on-line e o operador da planta pode usar os dados restantes da tecnologia de controle de processo por exemplo. B. Os pontos de ajuste para a velocidade do tubo rotativo, corrija cuidadosamente a quantidade de matéria-prima ou combustível.
Além disso, a operadora é capaz de detectar irregularidades online do processo de queima e direcioná-lo reagir.
