DE1041252B

DE1041252B - Process for the operation of fluidized bed furnaces under automatic control

Info

Publication number: DE1041252B
Application number: DEM18333A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Horst
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1953-04-27
Filing date: 1953-04-27
Publication date: 1958-10-16

Description

Verfahren zum Betrieb von Wirbelschichtröstöfen unter automatischer Steuerung Bei den Verfahren, die sich mit der Röstung vorzugsweise sulfidischen Gutes in wirbelnden Schichten befassen, muß im Interesse eines wirtschaftlichen Betriebes dieser und der nachgeschalteten Anlage konstante Betriebsbedingungen einzuhalten verlangt werden. Vor allem müssen die Temperatur und die Zusammensetzung der den Ofen verlassenden Abgase konstant bleiben. Dies gilt namentlich von dem Schwefelgehalt in den Abbränden im Interesse einer wirtschaftlicheren Röstung und der späteren Verwertungsbehandlung, die einen möglichst gleichbleibenden Wert voraussetzt. Method of operating fluidized bed roasting ovens under automatic Control In the process that deals with the roasting preferably sulphidic Dealing with good in swirling layers must be in the interests of an economic one To maintain constant operating conditions during operation of this and the downstream system are required. First of all need the temperature and the composition of the den Exhaust gases leaving the furnace remain constant. This applies in particular to the sulfur content in the burnings in the interests of more economical roasting and later Recovery treatment, which requires a value that is as constant as possible.

Bei der bisherigen Betriebsweise der Wirbelsehichtröstöfen suchte man die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Zusammensetzung der den Ofen verlassenden Endprodukte und einer konstanten Ofentemperatur dadurch zu erreichen, daß man verschiedene Betriebsvariable durch Anzeigeinstrumente laufend oder stichprobenweise kontrollierte, z. B. die Temperatur innerhalb der Wirbelschicht, die Temperatur und Konzentration der Abgase, die Betthöhe, den Bettwiderstand bzw. den Druckabfall innerhalb derWirbelschicht, die Zusammensetzung des Aufgabegutes und des Abbrandes und in Abhängigkeit von den so ermittelten Meßwerten verschiedene Regelgrößen verstellte, wie die Röstluftmenge, die Be schickungsmenge, die je Zeiteinheit durch Kühlelemente abgeführte Wärmemenge od. dgl. Looking for the previous mode of operation of the vortex roasting ovens maintaining a uniform composition of those leaving the furnace End products and a constant oven temperature by using different Operating variables continuously or randomly controlled by display instruments, z. B. the temperature within the fluidized bed, the temperature and concentration the exhaust gases, the bed height, the bed resistance or the pressure drop within the fluidized bed, the composition of the feed material and the burn-up and depending on the measured values determined in this way adjusted various control variables, such as the amount of roasting air, the loading amount, the amount of heat dissipated by cooling elements per unit of time or the like

Die während des Betriebes notwendigen Korrekturen werden im allgemeinen von Hand durchgeführt und sind damit dem Gefühl, der Gesdhicklichkeit und Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals überlassen. The corrections necessary during operation are generally Carried out by hand and are thus the feeling, the smoothness and attention left by the operating personnel.

Da die Röstluftmenge, die in den Ofen eintritt, in gewissen Grenzen abhängig von dem Bettwiderstand und damit der Menge des Materials der wirhelnden Schicht ist, andererseits aber die Aufgabemenge pro Zeiteinheit zusammen mit der Röstluftmenge die Temperatur des Ofens und die Konzentration der Abgase bestimmt, wirkte sich die Regulierung von Hand auf eine konstante Ofenführung naturgemäß nachteilig durch schwankende Betriebsweise aus. Beispielsweise ist die Höhe der wirbelnden Schicht und damit die Menge des Materials und folglich die Dichte der Gas-Feststoff-Suspension in der wirbelnden Schicht ein Maß für die in der Zeit- und Flächeneinheit durch die irgendwie geartete Kühlvorrichtung abgeführte Wärmemenge.Because the amount of roasting air that enters the oven is within certain limits depending on the bed resistance and thus the amount of material in the bed Shift, but on the other hand the quantity to be added per unit of time together with the The amount of roasting air determines the temperature of the oven and the concentration of the exhaust gases, Manual regulation was naturally disadvantageous for constant furnace operation due to fluctuating operating mode. For example, the height of the swirling Layer and thus the amount of material and consequently the density of the gas-solid suspension in the swirling layer a measure of the unit of time and area through the amount of heat dissipated in any way.

Bekanntgewordene Vorschläge zur Automatisierung des Betriebs betreffen höchstens eine teilweise automaische Regelung etwa in der Weise, daß von einer Temperaturmeßstelle im Wirbelbett Regelimpulse ausgelöst werden. die entweder die Menge der zugeführten Röstluft oder die Menge des aufgegebenen Gutes oder beide im entgegengesetzten Sinn beeinflussen. Relate to known proposals for the automation of the operation at most a partially automatic control in such a way that from a temperature measuring point control pulses are triggered in the fluidized bed. which is either the amount of supplied Roasted air or the amount of the abandoned good or both in the opposite sense influence.

Eine volle Automatisierung wird nun dadurch außerordentlich erschwert, daß der Betriebszustand eines Wirbelschichtofens durch eine sehr große Anzahl von Betriebsvariablen festgelegt ist, die sich alle gegenseitig beeinflussen. Solche Variablen sind unter anderem die Temperatur, der absolute Druck, der Druckabfall, die Dichte und Höhe der Feststoffsuspension im Ofen, die durchschnittliche Korngröße und das spezifische Gewicht der das Wirbelbett aufbauenden Teilchen, der Bettwiderstand, der Eintrittsdruck der Röstluft, der Abröstgrad des Ofenfonds, die Zusammensetzung des Aufgabegutes, die Abgaskonzentration, die Aufgabemenge, die Austragsmenge und die Luftzufuhr, um nur die wichtigsten zu nennen. A full automation is now extremely difficult as a result, that the operating condition of a fluidized bed furnace by a very large number of Operating variables is set, which all influence each other. Such Variables include temperature, absolute pressure, pressure drop, the density and height of the solid suspension in the furnace, the average grain size and the specific weight of the particles making up the fluidized bed, the bed drag, the inlet pressure of the roasting air, the degree of roasting of the oven fund, the composition of the feed material, the exhaust gas concentration, the feed quantity, the discharge quantity and the air supply, to name just the most important.

Die Änderung einer einzigen dieser Betriebsvariablen bewirkt eine Änderung der meisten anderen, in vielen Fällen sogar aller anderen Betriebsvariablen, und zwar in sehr schwer durchschaubarer Weise. Die Anzahl der Möglichkeiten, für die Automatisierung des Betriebes irgendwelche Meßgrößen auszuwählen, die durch die Beeinflussung eines Meßgerätes über ein Regelorgan und ein Stellglied andere, ebenfalls willkürlich auszuwählende Stellgrößen beeinflussen, ist daher infolge der vielfältigen Variations- und Kombinationsmöglichkeiten ungeheuer groß. Changing a single one of these operating variables causes one Change in most of the other, in many cases even all other operational variables, and in a way that is very difficult to understand. The number of ways for the automation of the operation to select any measurands that are carried out by influencing a measuring device via a control element and an actuator other, also influence arbitrarily selected manipulated variables, is therefore due to the many possible variations and combinations are immensely large.

Dabei ist es einerseits klar, daß die Regelung einer einzigen Stellgröße in Abhängigkeit von einer einzigen Meßgröße bestimmt nicht ausreicht, um den Betriebszustand eindeutig festzulegen, was ja das Ziel jeder Automatisierung ist, andererseits muß aber bekanntlich bei jeder automatischen Regelung die Gefahr der überregelung vermieden werden, d. h., es dürfen nicht mehr Variable geregelt werden, als zur eindeutigen Festlegung des Betriebszustandes notwenig sind, weil sonst die einzelnen Regler gegeneinander arbeiten. It is on the one hand clear that the regulation of a single manipulated variable as a function of a single measured variable is not sufficient to determine the operating state clearly define what the goal of every automation is, on the other hand must However, as is well known, the risk of overregulation is avoided with every automatic regulation be, d. In other words, no more variables may be regulated than are unambiguous Determination of the operating status is necessary because otherwise the individual controllers work against each other.

Da in Anbetracht der vielen Möglichkeiten, einzelne Meß- und Regelgrößen auszuwählen, und der noch größeren Anzahl von Möglichkeiten, diese einander zuzuordnen und die anderen Betriebsvariablen ungeregelt zu lassen, d. h. also die Einspielung dieser nicht zwangläufig geregelten Betriebsvariablen auf den dem gewünschten Betriebszustand entsprechenden Wert der von selbst ablaufenden Beeinflussung aller Variablen untereinander zu überlassen, ein Vorherberechnen der Wirkungen einer bestimmten Auswahl unter den gegebenen Möglichkeiten pralçtisch undurchführbar ist und noch viel weniger die günstigste Kombination von Meß- und Regelgrößen sowie ihre günstigste Zuordnung berechnet werden kann, ist eine vollautomatische Regelung von Wirbelschichtöfen bisher nicht bekanntgeworden. In view of the many possibilities, individual measured and controlled variables and the even greater number of ways to assign them to each other and leave the other operating variables unregulated, d. H. so the recording these operating variables, which are not necessarily regulated, to the desired operating state corresponding value of the self-acting influencing of all variables among one another to leave a pre-calculation of the effects of a certain selection under the given possibilities is practically impracticable and even less so the most favorable combination of measured and controlled variables as well as their most favorable assignment can be calculated is a fully automatic control of fluidized bed ovens not yet known.

NIan hat sich vielmehr immer nur mit Teilregelungen begnügt, beispielsweise in der Weise, daß eine Austragsvorrichtung in Abhängigkeit von der Betthöhe von Hand aus betätigt wird und die mit Hilfe von Thermoelementen im Wirbelbett und Staubraum gemessene Temperatur durch automatisch oder nicht automatisch gesteuerte Veränderung des Luftüberschusses, Einführung nassen Erzes oder Einspritzen von Wasser geregelt wird. Rather, NIan has always been satisfied with only partial regulations, for example in such a way that a discharge device depending on the bed height of Hand operated and with the help of thermocouples in the fluidized bed and dust room measured temperature through automatically or non-automatically controlled change of excess air, introduction of wet ore or injection of water will.

Selbstverständlich ist es auch bekannt, die eine oder andere Betriebsvariable, wie z. B. den absoluten Druck im Reaktor oder den Druckabfall. zu messen, um zahlenmäßige Unterlagen für die Regelung des Betriebszustandes von Hand zu erhalten. Of course, it is also known that one or the other operating variable, such as B. the absolute pressure in the reactor or the pressure drop. to measure to numerical To receive documents for the regulation of the operating status by hand.

Alle diese Verfahren geben aber keine vollautomatische Steuerung des Betriebes von Wirbelröstöfen, sondern können höchstens als Hilfsmittel für die Steuerung von Hand aus gewertet werden. However, none of these processes provide a fully automatic control of the operation of vortex roasting ovens, but can at most as an aid for the Can be evaluated manually.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis. daß eine ganz bestimmte Auswahl von Meß-und Regelgrößen und ihre Zuordnung zueinander es ermöglicht, den Ofenbetrieb unter Regelung einer minimalen Anzahl von Variablen voll zu automatisieren. wenn außerdem noch eine ganz bestimmte Koppelung von AIeß- und Regelgrößen gewählt wird. The invention is based on the surprising finding. that one very specific selection of measured and controlled variables and their assignment to one another it allows the furnace to operate under the control of a minimum number of variables fully automate. if, in addition, a very specific coupling of food and controlled variables is selected.

Die erfindungsgemäß ausgewähl-ell Aleßgrößen sind a) die Temperatur im Wirbelbett und b) der Bettwiderstand, während die erfindungsgemäß ausgewählten Regelgrößen c) die Beschickungsmenge des Ofens je Zeiteinheit und d) die Austragsmenge aus dem Ofen je Zeiteinheit sind. Die darüber hinaus erfindungsgemäß ausgewählte Zuordnung von Meß- und Regelgrößen ist a) o cs und b) ) d), d. h. also, daß das Stellglied, welches die Beschickungsrorrichtung betätigt, von einem Regler betätigt wird, der seine Meflimpulse von im Wirbelbett angebrachten Temperaturmeßgeräten erhält, und das Stellglied. welclles die Austragsvorrichtung betätigt, erhält seine Stell impulse von einem Regler, der seine Nleßimpulse von einem Differenzdruckmauometer erhält, welches den Druckabfall im Wirbelbett mißt. The food quantities selected according to the invention are a) the temperature in the fluidized bed and b) the bed resistance, while those selected according to the invention Controlled variables c) the amount charged to the furnace per unit of time and d) the amount discharged are out of the oven per unit of time. The one additionally selected according to the invention Assignment of measured and controlled variables is a) o cs and b)) d), d. H. so that that Actuator, which operates the loading device, operated by a controller who gets its Meflimpulse from temperature measuring devices installed in the fluidized bed receives, and the actuator. whichever actuates the discharge device receives its Adjusting impulses from a regulator, the measuring impulses from a differential pressure mauometer obtained, which measures the pressure drop in the fluidized bed.

Unabhängig davon wird selbstverständlich dieRöstluft konstant gehalten. Regardless of this, of course, the roasting air is kept constant.

Durch diese erfindungsgemäße Auswahl und Zuordnung von Meß- und Regelgrößen ergibt sich eine überraschend einfache und verläßliche Vollautomatisierung des Betriebes ron Wirbelschichtöfen, weil die ausgewählten Betriebsvariablen für die Festlegung des Betriebszustandes des Ofens gerade voll ausreichen, so daß weder Unter- noch lDberregelung besteht und, wie im praktischen Betrieb gefunden wurde, die Verkoppelung dieser Größen mit den anderen Betriebsvariablen derart ist, daß sich ein besonders ruhiger Ofengang ergibt und die bei anderen Schaltmöglichkeiten bestehende Gefahr des Schaukelns von Meß- und Regelgrößen nicht auftritt. This selection and assignment of measured and controlled variables according to the invention the result is a surprisingly simple and reliable full automation of the operation ron fluidized bed ovens because the selected operating variables for setting of Operating condition of the furnace are just fully sufficient so that neither under nor over regulation exists and, as was found in practical operation, the coupling of these Sizes with the other operating variables is such that a particularly quiet Oven gear results and the existing risk of rocking with other switching options of measured and controlled variables does not occur.

Man erreicht daher eine außerordentlich gleichmäßige Ofenführung, die sich auch sehr günstig auf die Konstanthaltung der Zusammensetzung der Abgasle und des ausreagierten Austragsgutes auswirkt. An extremely uniform furnace guidance is therefore achieved, which is also very beneficial for keeping the composition of the exhaust gas constant and the reacted discharge material.

Selbstverständlich ist es nicht notwendig, die Stellgrößen proportional den Meßgrößen zu verändern, also bei einer Änderung der Meßgröße a) um beispielsweise 150/0 auch eine änderung der Meßgröße c) um 150/0 zu bewirken. Die Verkoppelung von Meß- und Regelgrößen kann vielmehr auch nach anderen als zweckmäßig erkannten mathematischen Funktionen erfolgen. Vorzugsweise werden diese Funktionen erfindungsgemäß so gewählt, daß sich, unabhängig von den sonstigen Betriebsbedingungen einschließlich Bettwiderstand und Temperatur im Wirbelbett, eine konstante Abgaskonzentration ergibt. Of course, it is not necessary to make the manipulated variables proportional to change the measured variables, that is to say when the measured variable a) changes, for example 150/0 also changes the measured variable c) by 150/0. The coupling Rather, measured and controlled variables can also be recognized as expedient according to others mathematical functions are carried out. These functions are preferably used in accordance with the invention chosen so that, regardless of the other operating conditions inclusive Bed resistance and temperature in the fluidized bed, a constant exhaust gas concentration results.

Einer weiteren Erläuterung der Erfindung mögen die beiden Abbildungen dienen, in denen zwei Ausführungsformen beispielsweise und sehematisch dargestellt sind. The two figures may provide a further explanation of the invention serve, in which two embodiments are shown by way of example and schematically are.

In Abb. 1 und 2 ist 1 der Windkessel für den Wirbelschichtofen, in den die Röstluft 2 einströmt. In dem Ofenschacht bildet sich die wirbelnde Schicht 3 aus. 4 ist eine Kühischlange zur Kühlung des Wirbelgutes, um überschüssige Reaktionswärme zu entziehen. In Fig. 1 and 2, 1 is the air chamber for the fluidized bed furnace, in the roasting air 2 flows in. The swirling layer forms in the furnace shaft 3 off. 4 is a cooling coil for cooling the fluidized material to avoid excess heat of reaction to withdraw.

In Abb. 1 ist 5 ein Temperaturfühler, beispielsweise ein Thermoelement, das seine Temperatur im Anzeigeinstrument 6 zur Darstellung bringt. In bekannter Weise wird nun eine Regelvorrichtung 7 angeordnet, die die angezeigten Größen oder Impulse weitergibt an ein Steuerorgan 8, welches beispielsweise als stufenlos regelbares Getriebe eine Telleraufgabe 9 antreibt, von wo aus das Material in Mengen, die je nach der Umdrehungszahl des Tellers kleiner oder größer sein können, über die EinlaufschurrelO in den Schacht des Ofens geführt wird. In Fig. 1, 5 is a temperature sensor, for example a thermocouple, which brings its temperature in the display instrument 6 to the display. In well-known Way, a control device 7 is now arranged, which the displayed sizes or Passes impulses to a control element 8, which can be used, for example, as continuously variable Gear drives a plate feeder 9, from where the material in quantities that ever can be smaller or larger depending on the number of revolutions of the plate, via the inlet chute is led into the shaft of the furnace.

In Abb. 2 ist das erfindungsgemäße Austragssystem dargestellt. 11 ist ein Fühlorgan, welches den zu dem jeweiligen Bettwiderstand gehörigen Luftdruck im Windkessel 1 an das Meßinstrument 12 heranbringt. In Fig. 2 the discharge system according to the invention is shown. 11 is a sensing element that measures the air pressure associated with the respective bed resistance brings up to the measuring instrument 12 in the air chamber 1.

In dem Regelsystem 13 werden Größen und Impulse dem Steuerorgan 14 mitgeteilt, das beispielsweise in stufenloser Weise die Abschlußvorrichtung 15 mehr oder weniger ganz oder teilweise öffnet oder schließt.In the control system 13, variables and pulses are sent to the control element 14 communicated, for example, the terminal device 15 more in a stepless manner or less fully or partially opens or closes.

Der Abschluß des Wirhelbettes 3 gegen die Atmosphäre ist durch die in dem Ablaufrdhr 16 sich befindende Materialsäule, die aus vorzugsweise Abbrand, also ausreagiertem Material bestehen kann. gewährleistet.The conclusion of the Wirhelbettes 3 against the atmosphere is through in the outlet pipe 16 located material column, which preferably consists of burnup, thus can consist of reacted material. guaranteed.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Process for operating fluidized bed roasting ovens with automatic control of the loading device by means of the temperature in the fluidized bed, characterized in that at the same time the discharge device is controlled by the bed resistance.

2. The method according to claim 1, characterized in that of temperature pulse recorded by a thermocouple or another temperature sensor in a manner known per se, if necessary via a measuring and amplifying device, is transmitted to the actuator, which the entry device, for example a plate feeder or auger, controls

3. The method according to claim 1, characterized characterized in that the bed resistance from a differential pressure meter as a pressure differential pulse recorded and transferred to a known encoder device, which in turn controls a known control apparatus that can be designed as desired Influenced discharge device.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the functions according to which entry and discharge amount of bed temperature and -wilderstand can be controlled so that they are chosen independently of the others Operating conditions a constant exhaust gas concentration is obtained into consideration printed publications: Zeitschrift Stahl und Eisen, 1935, p. 644; magazine Chemical engineering technology, 1952, p. 109.