SU1468582A1 - Способ автоматического управлени процессом пуска аппарата с кип щим слоем катализатора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к авто.матиза- ции пусковых ..процессов хи.мико-технологи- ческих систем, в частности производства серной кислоты, может быть использовано в химической промышленности и позвол ет 05 аго8ь/{/ газ - Колче- 21 г с 1 ДЩ интенсифицировать процесс пуска и снизить потери топлива и сырь . С.хема содержит аппарат 1, вычислительный блок 3, датчики (Д) 4,5 и 6 расхода соответственно сырь  топлив.д и дуть , блок (Б) 7 сравнени , Д 8 концентрации диоксича серы в обжиговом газе, Д 9 температуры в слое катализатора, Б 10 сравнени , функциональные блоки 11, 12 и 13, регул торы 14, 15 и 16, логические блоки 17 п 18 и регулирующие органы 19, 20 и 21. Способ управлени  позвол ет на основании сравнени  текуп.1.его измененного значени  температуры в слое катализатора, заданного временного температурного профил , измеренного и расчетного значений концентрации диоксида серы в обжиговом газе распознавать ситуационные состо ни  пускового процесса и формировать управл ющие воздействи  на подачу сырь , дуть  и топлива. 1 ил. (Q ТоплиВо 00 ел 00 ю 7 18

Description

Изобретение относитс  к автоматизации пусковых процессов химико-технологических систем, в частности производства серной кислоты, и мо жет быть использовано в химической промышленности.

Цель изобретени  - интенсификаци  процесса пуска и снижение потерь топлива и сырь .

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит аппарат с псевдо- ожиженным слоем 2, вычислительный блок 3, датчики 4, 5 и 6 расхода соответственно сырь  (колчедана) топлива и дуть , блок 7 сравнени , датчик 8 концентрации диоксида серы в обжиговом газе, датчик 9 температуры в слое катализатора, блок 10 сравнени , функциональные блоки 11 -13, регул торы 14-16, логич еские блоки 17 и 18 и регулирукэщие органы 19-21.

Способ осуществл ют следующим образом .

В аппарат 1 подают дутье дл  ожижени  .материала сло  и обжига колчедана, топливо на сжигание дл  поддержани  аппарата в разогретом состо нии и колчедан

на обжиг.

Пусковой процесс вывода аппарата на рабочий режим осуществл ют по заданному температурному профилю материала псевдо- ожиженного сло , который получают в результате оптимизационных расчетов или назначают из опыта эксплуатации. В ходе выполнени  пускового процесса вывода на режим аппарата температура материала псев- доожиненного сло  должна совпадать с заданным температурным профилем.

Выполнению заданной пусковой программы преп тствуют разнообразные возмущени  в частности возникающие в псевдоожижен- ном слое гидродинамические неоднородности, колебани  физико-химических характеристик дуть , колчедана и топлива, нестационарность термодинамических параметров аппарата . Под действием этих возмущений в период времени О, т выполнени  пускового процесса имеют место отклонени  температуры Т (t) материала сло  от заданного профил  Ti (t), t Е О, т. Такие отклонени  недопустимы.

При устранении указанных отклонений учить ваетс  состо ние процесса обжига в период выведени  его на устойчивый ав- тотермичный режим. Надежным, достаточно исчерпывающе раскрывающим состо ние процесса обжига колчедана параметром  вл етс  концентраци  диоксида серы в обжиговом газе. Поэтому оценивание состо ни  процесса обжига колчедана осуществл ют на основе сравнени  измеренного и расчетного значений концентрации диоксида серы в обжиговом газе и в зависимости от результатов сравнени  формируют регу- лируюп1,ие воздействи . Такой подход позвол ет учесть потенциальное состо ние объекта в пусковой период в каждой конкретной ситуации на множестве ситуационных состо ний. Наиболее эффективно в смысле качества управлени  процессом вывода на режим аппарата и компенсации возмущений формировать регулирующие воздействи .

Концентрацию СР диоксида серы в обжи говом газе рассчитывают исход  из материального балланса газовой фазы, по формуР 22,u.Sx-

f Т2-(0,92С;ь н- где СР

5

5

- концентраци  диоксида серы,

об. доли; SK- содержание серы в колчедане,

вес. доли;

GK- расход колчедана, кг/ч;

Од и GT - расходы дуть  и топлива,

0 Формула (1) выведена при следующих допущени х.

1.Реакци  обжига колчедана протекает по общеизвестному механизму

4FeS2+l Юг2Ре20з+85О2,

2.Сера колчедана выгорает полностью.

Значение расчетной концентрации находим как отношение содержани  Gsci. диоксида серы в обжиговом газе к общему расходу Gr обжигового газа, т.е.

Cp GsOi /G 0 Выведем расчетную формулу дл  определени  Ср.

Дл  этого вначале найдем GI. На вход аппарата подаетс  дутье (79% N2 и 21% Оз) и топливо (природный газ в с.меси с воздухом ), расходы которых измер ютс . С уче- 5 том образовани  диоксида серы по прин тому механизму реакции расход обжигового газа на выходе аппарата равен

С. 0,79Сд+ 0,21С,,-ь G, 0, G,,

где GA-расход дуть .

0 Теперь определим величину G so - Измер ют подачу колчедана GK, дл  которого известно содержание серы 5ц (лабораторный анализ партии колчедана). По значению величин GK и Sk находим количество серы

с GJ , сгораемой в аппарате:

Gg GK Ьк.

Наконец, значение величины G позвол ет на. основе прин того механизма реакции обжига определить количество образующегос  диоксида серы:

50GSO, -gf-- 22, 22,4.

Рассчитывают концентрацию диоксида серы в вычислительном блоке 3. Дл  этого датчиками 4, 5 и 6 измер ют соответственно расходы колчедана, топлива и дуть .

55 Сигналы GK, GT и Qfl. с выхода этих датчиков направл ют в вычислительный блок 3. Туда же подают сигнал SK, определ ющий содержание серы в колчедане. В блоке 3

по формуле () получают расчетное значение концентрации С диоксида серы в обжиговом газе. Сигнал СР с выхода блока 3 нанравл ют в блок 7 сравнени .

Идентифицируют ситуационные состо ни  в ходе выполнени  нусковой программы на основании анализа температурного и концентрационного режимов в аппарате . Дл  этого в блоках 7 и 10 формируют логические переменные ц и с, которые отображают указанные режимы. Рассмотрим эту часть схемы.

Измер ют концентрацию диоксида серы в обжиговом газе датчиком 8. Сигнал С с выхода датчика 8 подают на вход блока 7, где сравнивают измеренное значение концентрации диоксида серы с расчетным и формируют логическую переменную ц по формуле:

Г1, если Cp(t)C(t); IQ, если СР (t) C(t), «It ОД.

Единичному значению переменной ц, соответствует такое ситуационное состо ние пусковой операции вывода на режим процесса обжига, когда наблюдаетс  неполное выгорание серы колчедана в аппарате. Така  ситуаци  возникает из-за недостатка кислорода вследствие низкого расхода дуть  .или избытка подачи ко.лчедана. Нулевое значение сигнала |а. свидетельствует о полном выгорании серы колчедана, что  вл етс  желаемым состо нием процесса обжига.

Температуру материала сло  измер ют датчиком 9. Сигнал Т с выхода датчика 9 подают на вход блока 10 сравнени . На этот же блок подают температурный профиль T; (t). В блоке 10 сравнивают измеренную температуру материала сло  со значением заданного профил  и формируют логическую переменную с по формуле: , 51, если T(t) 1с (Ч); 10, если T(t) (t), ,T.

Превышение температуры материала заданной программы () происходит вследствие недостатка дуть . Эта ситуаци  может возникать при неизменном расходе дуть  из-за избытка подачи колчедана, что и вызывает выделение дополнительного тепла за счет горени  колчедана. Вместе с тем при избытке подачи колчедана имеетс  неполное выгорание серы колчедана (|.). В такой ситуации дл  приведени  процесса к заданной программе увеличивают подачу дуть . У величение расхода дуть   вл етс  фактором дл  снижени  температуры материала вследствие притока холодного воздуха в слой. Однако увеличение расхода дуть  приводит к догоранию избыточного колчедана за счет притока кислорода с дутьем, что  вл етс  дополнительным источником тепла. Поэтому в рассмотренной ситуации дл  исключени  отклонени  Т(1) от (t) одновременно с увеличением подачи дуть  уменьшают подачу

топлива. При отклонении температуры материала сло  ниже заданного профил  () нарушение хода пускового процесса исправл ют за счет изменени  подачи колчедана . Здесь возможны две ситуации. Перва  возникает при превышении расчетного значени  концентрации диоксида серы, измеренного (1.). В этом случае, подачу колчедана уменьшают, так как неполное сгорание происходит из-за избытка колчедана в слое. При уменьшении подачи колчедана снижаетс  дол  реакционного тепла, затрачиваемого на прогрев холодного сырь  и его диссоциацию. Высвобождаемое тепло приводит к выравниванию температуры сло 

5 с заданным профилем. Втора  ситуаци  возникает тогда, когда расчетна  концентраци  не превышает измеренного значени  (0). В таком случае подачу колчедана увеличивают, что приводит к дополнительному выделению тепла за счет горени  колчедана , а следовательно, к выравниванию величин Т и TC.

Подачу топлива в обеих ситуаци х сохран ют неизменным. Подача топлива  вл етс  фактором, стабилизирующим пусковой про5 цесс. Уменьшение подачи топлива производитс  только в ситуаци х с большим избытком тепла в аппарате (1 и ). Прекращают подачу топлива после вывода аппарата на автогенный режим.

Рассмотрим формирование регулирую0 ших воздействий при возникновении указанных ситуационных состо ний.

С помощью логического блока 17 распознают ситуационные состо ни , при возникновении которых необходимо уменьшение подачи топлива. Дл  этого на вход бло5 ка 17 подают сигналы i и Е. В блоке 17 реализуют логическую операцию «И и формируют на выходе блока логическую переменную (v(t) по формуле:

0

0

5

0

5

Г1, если () Л(), , ()а),если (, V()V

LV(.Li ).

Сигнал V направл ют на вход функционального блока 11, на который подают также следующие сигналы: Т - температура материала с выхода датчика 9; Тп и TK - начальное и конечное значени  температурного профил ; G -значение расхода топлива в начальный момент времени; GT - максимальна  скорость изменени  расхода топлива. В те моменты времени пускового процесса, когда происходит превышение температуры материала за.данного температурного профил  (), задание по расходу топлива уменьшают в блоке 11 по формуле

.

Тк-Т„

в общем случае корректировка величины Gi может быть значительной. Выставл ть

такое задание регул тору 16 стабилизации расхода топлива недопустимо, ибо отработка такого задани  может привести к срыву факела горелок сжигани  топлива. Поэтому задание G отрабатывают плавно, дл  чего на выходе блока 11 формируют сигнал по формуле:

G3(t.) макс((-.).., Lix - 1 и

)-1 (ц) f c dtL ,2,...,

J

К-1

гдеОт(1к) и О;(1к.н1 -задание по расходу

топлива в моменты времени 1к и (к-;;

GT- значение расхода топлива в начальный момент пуска.

Стабилизируют расход топлива регул тором 16. Дл  этого на вход регул тора подают сигнал GT от датчика 5 расхода топлива, а также сигнал От. В регул торе 16 сигналы От и От сравнивают и по величине сравнени  формируют, например по ПИ-закону сигнал YI, который подают на регулирующий орган 19, и стабилизируют расход топлива.

Задание регул тору 15 стабилизации расхода дуть  корректируют в функциональном блоке 12, на вход которого подают сигнал t выхода блока 10, а также сигнал АОд. В функциональном блоке 12 задание Од по расходу дуть  определ ют по формуле

0({к)01(1к,,), , 2, 3...,

где Од(1к) и ОД(1к-1) - задани  по расходу

дуть  в моменты времени 1к и 1к-4 ;

АО,(- посто нна  величина,

которую устанав,;1-и- вают опытным или расчетным путем.

Сигнал О подают на вход регул тора 15, на другой вход которого подают сигнал Од. от датчика 6 расхода дуть . В регул торе 15 сигналы Од и ОД сравни-вают и по величине сравнени  формируют, например по ПИ-закону, сигнал Y2 и подают его на регулирующий орган 20, которым стабилизируют расход дуть .

В тех случа х, когда имеет место отклонение температуры материала ниже заданного профил  (), возможны ситуации , когда расход колчедана в аппарат либо избыточный (), либо недостаточный (). При ц необходимо уменьшить расход колчедана в аппарат, а при ( - увеличить.

Дл  реализации этого алгоритма управлени  в блоке 18 по логическим переменным И- и I формируют переменную ti по формуле:

П, если (0)Л(); (yh, если ()A(); ip, если , , т.

На вход блока 13 подают сигнал it и

АОк и формируют на выходе сигнал О который подают в качестве задани  на вход регул тора 14 стабилизации расхода колчедана . Формируют сигнал О по формуле

°О((1к-1 +-У1;,АОк, , 2, 3...,

где Ох (1к) и Oi(tK-() - задани  по расходу

колчедана в моменты времени 1к и IK-I ;

5АОк- посто нна  величина,

которую устанавливают опытным (расчетным ) путем.

Из этой формулы следует, что при зна0 чении переменной ц. происходит увеличение , а при уменьшение задани  по расходу колчедана. Сигнал Ох подают на вход регул тора 14 стабилизации расхода колчедана. На другой вход регул тора подают сигнал Ок от датчика 4 расхода

колчедана. В регул торе 14 сигналы Oi и Ок. сравнивают и по величине сравнени  формируют , например по ПИ-закону, сигнал Уз, который подают на регулирующий орган 21 и стабилизируют расход колчедана.

,„ Предлагаемый способ позвол ет за счет распознавани  ситуационных состо ний пускового процесса повысить качество динамических процессов пусковых операций и экономичность использовани  ресурсов на осуществление пуска, а также интенсифициjr ровать процесс пуска.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ автоматического управлени  процессом пуска аппарата с кип щим слоем

   40 катализатора, например, в производстве серной кислоты, включающий регулирование подачи сырь , топлива и дуть  в аппарат в зависимости от технологического режима в аппарате, измерение температуры в слое катализатора и содержание серы в сырье и сравнение с заданной периодичностью текущего измеренного значени  температуры в слое катализатора с текущим заданным значением этой температуры, отличающийс  тем, что, с целью интенсификации проCQ цесса пуска и снижени  потерь топлива и сырь , дополнительно измер ют концентрацию диоксида серы в обжиговом газе на выходе аппарата, по расходам сырь , топлива , дуть  и содержанию серы в сырье вычисл ют значение концентрации диоксида

   55 серы в обжиговом газе, сравнивают с заданной периодичностью вычисленное значение концентрации диоксида серы в обжиговом газе с текущим измеренным значением

   этой концентрации, при превышении текущего измеренного значени  температуры в слое катализатора текущего заданного значени  этой температуры увеличивают подачу дуть  и при текущем расчетном значении концентрации диоксида серы в обжиговом газе, большем текущего измеренного значени  этой концентрации, дополнительно уменьшают подачу топлива в зависимости от текущего измеренного и заданных начального и конечного значений температуры в слое катализатора и заданной скорости изменени  расхода топлива при текущем измеренном значении температуры в слое

   катализатора, меньшем или равном текущему заданному значению этой температуры и текущем измеренном значении концентрации диоксида серы в обжиговом газе, меньшем текущего расчетного значени  этой концентрации, уменьшают подачу сырь , а при текущем измеренном значении температуры в слое катализатора, меньшем или равном текущему заданному значению этой температуры , и текущему измеренном значении концентрации диоксида серы - обжиговом газе, большем или равном текущему расчетному значению этой концентрации, увеличивают подачу сырь .