Inovatívne riešenia pre oblasť spracovania nerudných surovín
V súčasnosti používané technológie spracovania nerudných surovín využívajú prevažne rotačné, šachtové a v malej miere etážové pece. Keďže, tieto technológie sú prevádzkovo využívané veľmi dlho, sú dostatočne teoretický popísané a aj prakticky využívané. Computer Control Technology s.r.o. Prešov sa dlhodobo podieľa na optimalizácii stavajúcich zariadení šachtových a rotačných pecí a tiež na inovatívnych riešeniach v odvetvi spracovania surovín. Jedným z posledných je spolupráca s Vývojovo realizačným pracoviskom (VRL) fakulty BERG Technickej Univerzity v Košiciach, na projekte Integrovaného Tepelného Agregátu (ITA). Pri tomto agregáte sa využíva princíp tenkej vrstvy materiálu.
Obr. 1. Integrovaný tepelný agregát - pilotné prevádzkové zariadenie
Princíp tenkej vrstvy
Tenká vrstva je tvorená zrnitým materiálom a jej hrúbka, v závislosti od konkrétnej aplikácie, sa môže pohybovať od niekoľkých milimetrov do niekoľkých centimetrov. Závisí to od vlastností materiálu, z ktorého pozostáva a od účelu použitia. Rozmery vrstvy sú determinované zrnitosťou a reologickými vlastnosťami materiálu.
Tenká vrstva môže byť statická (nepohyblivá) alebo dynamická. Jej pohyb sa spravidla uskutočňuje účinkom gravitačných síl. Procesy v tenkej vrstve sa uskutočňujú interakciou vrstvy s plynným alebo kvapalným médiom, ktoré cez ňu prechádza. (Obr. 2.)
Obr. 2. Schéma tenkej vrstvy
Procesy v tenkej vrstve sú charakterizované:
- usporiadaním vrstvy,
- reológiou zrnitého materiálu,
- prúdením médií vo vrstve,
- druhom prebiehajúcich transformácií.
Usporiadanie vrstvy je spravidla horizontálne, alebo vertikálne. Pre naše riešenie, ktoré označujeme názvom Integrovaný tepelný agregát (ITA), je charakteristické špecifické vertikálne usporiadanie, ktoré je vhodné pre širokú škálu technologických procesov. Umožňuje efektívne riešenie a usporiadanie zariadenia (tvar, veľkosť), realizáciu rôznych procesov a integráciu viacerých procesov do jedného zariadenia. Podľa konkrétnych podmienok aplikácie môže byť agregát rozdelený do autonómnych resp. vzájomne prepojených pracovných zón. To umožňuje integrovať rôzne procesy v jednom agregáte, ktoré sa v súčasnosti uskutočňujú v oddelených samostatných zariadeniach.
Prúdenie média cez vrstvu je charakterizované vzájomnou interakciou média s vrstvou. Dôležitými parametrami pre prúdenie média cez vrstvu sú rýchlosť média pri styku so zrnom a rýchlosť prúdenia, pri ktorom dochádza k únosu prachového materiálu.
Z hľadiska druhu transformácii je tenká vrstva použiteľná pre ľubovolné procesy, pre ktoré je vhodné jej usporiadanie. Môžu to byť procesy:
- energetické (spaľovanie, prenos tepla),
- technologické (chemické a fyzikálne),
- ekologické (zachytávanie a následná eliminácia chemických škodlivín).
Principiálne zariadenie ITA je vhodné pre všetky procesy, pri ktorých je podstatná interakcia s vrstvou materiálu. Vo väčšine prípadov má rozhodujúci význam veľkosť povrchu materiálu (procesy tepelné a chemické) a fyzikálne procesy viazané na povrchové javy a tiež pórovitosť na zachytávanie úletov.
Intenzita procesov v tenkej vrstve závisí od veľkosti výmennej plochy, ktorá je daná zrnitosťou materiálu. Zrnitosť materiálu zároveň ovplyvňuje tlakové straty v agregáte. Optimálne riešenie spočíva vo výbere maximálnej veľkosti zrna (má byť čo najmenšie) a v zabezpečení minimálneho rozsahu frakcie, resp. vo vykonávaní procesov oddelene pre jednotlivé frakcie.
Výhodou tenkej vrstvy je, že zrnitosť materiálu môže byť malá. Na rozdiel od hrubej vrstvy procesy v tenkej vrstve môžu prebiehať paralelne.
Hlavné výhody tenkej vrstvy sú:
- Malé rozmery zariadenia. Vporovnaní sklasickými zariadeniami má pre rovnaké výkonové parametre niekoľkonásobne menšie rozmery, čím sa znižujú investičné náklady.
- Výhodné usporiadanie. Riešenie je možné prispôsobiť rôznym priestorovým podmienkam.
- Variabilné zónové členenie. Umožňuje navrhnúť azostaviť tepelné zariadenie presne podľa požiadaviek technológie.
- Výkon zariadenia. Nie je limitovaný žiadnymi technickými, resp. technologickými parametrami aje ho možne naprojektovať v rozsahu požiadaviek zákazníka.
- Environmentálna výhodnosť. Výstupné spaliny môžu spĺňať požadované limity.
- Je nenáročné zhľadiska údržby. Jednoduchosť konštrukcie agregátu aminimum rotujúcich časti vytvárajú predpoklady pre minimálnu poruchovosť zariadenia.
- Energetická úspornosť. Použitý princíp a možnosť vhodného usporiadania agregátu umožňuje znížiť celkovú spotrebu energie na proces.
Obr.2. Vstup suroviny a zásobník produktu
Ovládateľnosť procesu - plnoautomatické zariadenie, nenáročné na obsluhu
Aby bolo ovládanie procesu nenáročné na obsluhu je potrebné zdôrazniť, že musí byť zohľadnené neštandardné správanie sa materiálu v tenkej vrstve (spevnené, mokré a prachové materiály), ktoré môžu spôsobiť vznik kanálov, klenieb a tým aj narušiť resp. zastaviť tok materiálu. Odozva procesu na tieto poruchové veličiny je veľmi rýchla, ale návrat na pôvodný stav je zdĺhavý. Preto na riadenie procesu sa využíva robustný systém, ktorý umožňuje naprogramovať rôzne typy algoritmov regulátorov, napr. algoritmus predikcie procesných hodnôt. Tento algoritmus umožňuje eliminovať rýchle zmeny v procese a to zmenou toku materiálu, alebo zmenou teplôt v jednotlivých sekciách pece v určitom časovom predstihu.
Dôležité je správanie sa kritického managementu. Pri prekročení medzných hodnôt okrem alarmov pre potreby obsluhy, je nutná rýchla reakcia riadiaceho systému, pri odstavovaní jednotlivých častí zariadenia, ktoré sú poruchou najviac ohrozené.
ITA je novo postavená pec a celý proces odlaďovania sa deje za chodu pece. To že technológia nie v praxi odskúšaná, kladie veľké nároky na flexibilitu práce pracovníkov, ktorí sa zúčastňujú oživovania.
Systém riadenia je prepojený na server, ktorý zbiera dáta potrebné na archiváciu, analýzu a zobrazovanie hodnôt z procesu. Obsluha môže využívať celú škálu prostriedkov pre komunikáciu s procesom a tak optimálne kontrolovať chod pece.
Vzhľadom ku priebehu prác a potreby budúcnosti je riadiaci systém vybraný tak, aby bol schopný spolupracovať zo simulátorom, ktorým sa dajú simulovať termodynamické procesy (tepelný prenos z plynných do tuhých zložiek, ako aj pohyb materiálu a iné pecné procesy. Tato cesta až po digitálnu továreň umožní zvýšiť stabilitu procesu ako aj umožní minimalizovať náklady na budúci vývoj a úpravy technologického zariadenia.
Pre následnú výstavbu nových peci a školenie obsluhy je možné k tomuto systému riadenia doplniť aj trenažér, ktorý využíva program simulujúci digitálnu fabriku.
Stav riešenia a príklad konkrétnych dopadov aplikácie technológie ITA
Na základe overenia parametrov technológie ITA na pilotnej technologickej linke (viď. Obrazová príloha) možno konštatovať dosiahnutie významného zníženia prevádzkových nákladov (oproti existujúcemu procesu kaustifikácie magnezitu prebiehajúcemu v rotačnej peci), predovšetkým znížením spotreby zemného plynu o cca 60 % (120 oproti 260-280 m3/t), spotreby elektrickej energie o cca 45 % (68 oproti 120 kW/t ) a suroviny o cca 25 % (predváha 2,2 oproti 3).
Regionálny dopad
Po skončení výskumných a projekčných prác spolu riešiteľské konzorcium pripravuje rozbehnutie tohto high-tech výrobného programu. Rozbehnutím tejto perspektívnej výroby je možný významný nárast zamestnanosti v regióne Horného Gemera, kde sú vhodné personálne kapacity potrebnej kvalifikačnej a profesijnej skladby, voľné priestory s vhodnou technickou, energetickou a logistickou štruktúrou nachádzajúce sa v tzv. hnedých parkoch (podniky so zastaveným výrobným programom, resp. voľné priestory v banských podnikoch zo zastavenou resp. obmedzenou ťažbou). Ich sanácia rozbehnutím nového výrobného programu by priniesla niekoľko synergicky pôsobiacich pozitívnych efektov na tento región.
Text: Ing. Peter Grejták
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax