55 / 100
Automazione e Strumentazione
Marzo 2018
PROCESSO
applicazioni
55
La fase di produzione del clinker è il sotto-
processo più critico della produzione del
cemento, in termini di risparmio energetico,
riduzione delle emissioni, qualità e costo del
prodotto finale. La fase di produzione del clin-
ker relativa ad un caso di studio reale (pro-
cesso a via secca, con precalcinatore) è sche-
matizzata in
υ
figura 2
.
Il processo considerato può essere suddiviso
in varie fasi, caratterizzate da temperature cre-
scenti. Inizialmente, la farina cruda alimenta
un preriscaldatore a cicloni (
υ
figura 2
, lato
sinistro); possono essere presenti diversi stadi
(quattro stadi nella
υ
figura 2
). La farina
cruda viene sottoposta a diverse fasi di lavora-
zione, per esempio preriscaldo/disidratazione,
calcinazione/decarbonatazione e clinkeriz-
zazione (cottura). Alcune di queste reazioni
hanno luogo all’interno di un
forno rotativo
;
la combustione nel forno rotativo viene ali-
mentata principalmente da un bruciatore aria/
combustibile (polverino di carbone) situato
presso l’uscita del forno stesso (
υ
figura 2
,
lato destro); inoltre, in alcuni casi è presente
anche un ulteriore bruciatore, situato al precal-
cinatore (
υ
figura 2
).
Lo scopo dell’installazione di un sistema di
controllo avanzato in un’unità di produzione
del clinker è quello di consentire un aumento
della produttività e dell’efficienza energetica,
assicurando la qualità desiderata del cemento;
l’impatto ambientale (emissioni) deve essere
mantenuto entro certi limiti e il consumo spe-
cifico di combustibile deve essere minimiz-
zato. Per il raggiungimento di tali obiettivi,
si deve assicurare
un corretto svolgimento
delle reazioni chimiche e fisiche necessa-
rie
, tenendo conto di vincoli di tipo termo-
dinamico, ambientale e meccanico
[5]
,
[6]
. I
principali vincoli termodinamici sono relativi
alle temperature dei cicloni, alle temperature
delle varie zone del forno e alla concentra-
zione di ossigeno (O
2
). Le specifiche ambien-
tali riguardano le emissioni di monossido e
diossido di carbonio (CO, CO
2
) e di ossidi
d’azoto (NO
x
). Ulteriori specifiche includono
vincoli di qualità, riguardanti ad esempio l’a-
nalisi della calce libera, effettuata su campioni
di clinker raccolti all’uscita del forno rotativo.
Data la natura
multivariabile
del processo
considerato e la presenza di ritardi sui canali
ingresso-uscita, il soddisfacimento simultaneo
delle specifiche citate non è facilmente otte-
nibile attraverso una conduzione manuale. In
molti cementifici, la fase di produzione del
clinker viene condotta manualmente dagli
operatori. Poiché il mantenimento di tempe-
rature adeguate lungo la catena di produzione
del clinker rappresenta un obiettivo prima-
rio e considerata la natura multivariabile del
processo, le manovre degli operatori difficil-
mente garantiscono anche la massimizzazione
dell’efficienza energetica.
La tecnologia del sistema APC
‘i.Process | Cement’
L’architettura generale del sistema APC
‘i.Process | Cement’, customizzata per il
caso di studio considerato nel presente
lavoro è riportata in
υ
figura 3
. Le princi-
Figura 2 - Rappresentazione
di una fase di produzione del clinker
con precalcinatore