SU1736925A1 - Способ автоматического управлени процессом активации гранулированных углеродсодержащих материалов во вращающейс печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации процессов термической обработки угле- родсодержащих материалов и может быть использовано дл  автоматизации процесса парогазовой активации углеродсодержа- щих материалов в производстве гранулированных и дробленых активных углей и позвол ет увеличить выход качественного продукта за счет стабилизации его качества . Способ автоматического управлени  процессом активации гранулированных уг- леродсодержащих материалов во вращающейс  печи заключаетс  в регулировании подачи активирующего агента в печь в зависимости от насыпной плотности готового продукта, регулировании подачи пара в печь, соотношени  расходов топлива и воздуха в печь изменением подачи воздуха, загрузки исходного материала в печь, частоты вращени  барабана печи, температурного режима в начальной и центральной част х барабана печи, регулировани  разрежени  в печи изменением расхода отход щих газов и регулировании в заданном диапазоне температурного режима в начальной и центральной част х барабана печи в зависимости от насыпной плотности готового продукта, при этом температурный режим в начальной части барабана печи регулируют изменением подачи топлива, в печь, а температурный режим в центральной части барабана печи -изменением величины разрежени  в печи, при достижении заданного граничного значени  которого измен ют соотношение расхо- дов топлива и воздуха в печь, при достижении заданного граничного значени  этого соотношени  измен ют подачу пара в печь, регулирование подачи активирующего агента осуществл ют до достижени  величины соотношени  загрузки исходного материала и частоты вращени  барабана печи заданного минимального значени , а при достижении расхода активирующего агента заданного максимально-, го значени  измен ют частоту вращени  барабана печи, загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соотношени  загрузки исходного материала и частоты вращени  барабана печи. 1 ил., 1 табл. СП с VI со о о N) СП

Description

Изобретение относитс  к автоматизации процессов термической обработки углерод со держащих материалов и может быть использовано дл  автоматизации процесса парогазовой активации угле родео держа- щих материалов в производстве гранулированных и дробленых активных углей.

Известен способ управлени  процессом термической обработки зернистого материала во вращающейс  печи путем регулировани  частоты вращени  барабана по отключению насыпной плотности мате- риала от заданного значени .

Однако такой способ управлени  не может обеспечить достаточного воздействи  на параметр насыпной плотности продукта, что приводит к снижению выхода качественного продукта.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ управлени , реализуемый с помощью устройства дл  управлени  процессом активации зернистого материала во вращающейс  печи. Устройство реализует способ комбинированного воздействи  на параметры процесса по отклонению насып- ной плотности от заданного значени . При этом в заданной последовательности измен ютс  расход активирующего агента и частота вращени  барабана.

Однако известный способ управлени  не обеспечивает дл  данного процесса точности поддержани  насыпной плотности продукта на заданном уровне, так как не используютс  наиболее существенные управл ющие воздействи , а именно темпера- тура процесса и величина загрузки исходного материала, что также приводит к снижению выхода продукта требуемого качества .

Целью изобретени   вл етс  увеличе- ни  выхода качественного продукта за счет стабилизации его качества путем расширени  диапазона управл ющих воздействий и повышени  точности регулировани .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что по величине насыпной плотности готового продукта регулируетс  в заданном диапазоне температурный режим в начальной и центральной част х барабана печи, при этом температурный режим в начальной части барабана печи регулируют изменением подачи топлива в печь, а температурный режим в центральной части барабана печи регулируют изменением величины разрежени  в печи, при достижении заданного гранично- го значени  которого измен ют соотношение расходов топлива и воздуха в печь, при достижении заданного граничного значени  этого соотношени  измен ют подачу паре а печь. Регулирование расхода активирующего агента осуществл ют до достижени  величины соотношени  загрузки исходного материала и частоты вращени  барабана печи заданного минимального значени , а при достижении расхода активирующего агента заданного максимального значени  измен ют частоту вращени  барабана печи, загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соотношени  исходного материала частоты вращени  барабана печи.

С целью анализа эффективности и взаимосв зи регулирующих воздействий проведена сери  планированных экспериментов (дробные факторные эксперименты типов 2 и , а также полный факторный эксперимент) и исследованы полиноми- надьные модели, описывающие зависимость насыпной плотности от режимных параметров процесса при разных вариаци х факторов:

у - 578-10,2Х1-27,6Х2-1-60,5Хз+

+ 21,5Х2з-19,8Х4;(1)

у - 479-60,6Х2+28,9Хз-22,4Х4-21 ,1XiX3;(2)

у - 2709-4,ЗХ2-0,002Х22+

+ 2,75X3-0.012X23+0,07XiX4+

+ 0,ЗЗХзХ4-0,055Х2Х4;(3)

где у - насыпна  плотность продукта;

Xi - расход активирующего агента;

Хз - температура по длине барабана;

Хз - загрузка исходного материала;

Х4 - частота вращени  барабана печи.

Модели (1) и (2) рассчитаны по методу наименьших квадратов (МНК) и включают значени  переменных в кодированном виде относительно центра плана. Модель (3) рассчитана по методу группового учета аргументов (МГУА) и включает значени  переменных в натуральном выражении. Анализ моделей показывает, что независимо от диапазона варьировани  переменных и вида модели вли ние таких факторов, как расход активирующего агента и частоты вращени  барабана значительно меньше, чем вли ние от изменени  температурного режима и загрузки исходного материала в барабан. Однако общий вид моделей и их статистическа  обработка на значительность коэффициентов показывает, что дл  управлени  процессом нельз  игнорировать все указанные факторы (Xi, Х2. Хз, Х4).

Предлагаема  последовательность на-с несени  управл ющих воздействий при отклонении насыпной плотности от заданного значени  осуществл етс  следующим образом . Сначала используют те из них, которые не оказывают существенного вли ни  на производительность аппарата, и только затем , если исчерпан допустимый диапазон

изменени  этих регулирующих воздействий , как исключительное средство корректируетс  загрузка исходного материала в барабан. Кроме того, при регулировании температурного режима в барабан печи должно быть выдержано условие равномерного распределени  температуры по длине барабана, что выполн етс  с помощью комбинированного воздействи  на температуру в начальной зоне барабана и в средней его части. Так как на температуру в начальной зоне барабана вли ет расход топлива и загрузка исходного материала, то в качестве регулирующего воздействи  используетс  расход топлива. На температуру в средней части барабана действует множество возмущений и, как подтверждено экспериментально, наиболее существенными управл ющими воздействи ми дл  компенсации возмущений и уменьшени  отклонени  температуры от заданного значени   вл ютс  скорость потока греющих газов по длине барабана, их количество и теплоемкость. С целью повышени  точности регулировани  температуры в средней части барабана и расширение диапазона регулирующего воздействи  при отклонении температуры от заданного значени  сначала корректируют задание регул тору разрежени  в топке, затем измер ют соотношение топлива и воздуха на горение и таким образом регулируют скорость и величину потока греющих газов. Если диапазон изменени  этих регулирующих воздействий исчерпан, регулируют расход пара в выходную часть топочной камеры с целью изменени  теплоемкости потока греющих газов. Однако температурный режим можно регулировать только в определенных пределах, вне которых следует использовать другие управл ющие воздействи . Такими воздействи ми могут быть варьирование частоты вращени  барабана и загрузки исходного материала. Загрузку исходного материала корректируют в последнюю очередь, когда исчерпаны все средства воздействи  на параметр насыпной плотности. Введение количественных соотношений между загрузкой исходного материала и нижним пределом регулировани  расхода активирующего агента, а также между загрузкой и частотой вращени  барабана обеспечивает проведение технологического процесса в границах протекани  химических реакций по развитию пористой структуры материала и исключение возможных перегрузок аппарата .

Все это позвол ет расширить диапазон регулировани ,, что приводит к повышению точности управлени , стабилизации качества готового продукта, увеличению выхода качественного продукта.

На чертеже изображена схема, по сн юща  предлагаемый способ. 5 Принципиальна  схема включает вращающуюс  печь 1, дозирующее устройство 2 с задатчиком 3, датчики 4i, 42 температуры в барабане печи, датчики расхода топлива 5. воздуха 6, пара на разбавление топочных

0 газов 7, активирующего агента 8, датчик 9 насыпной плотности готового продукта, регул торы температуры в начальной зоне барабана 10 и в центральной части барабана 11, регул тор 12 расхода топлива, регул тор

5 13 соотношени  топлива и воздуха, регул тор 17 разрежени , регул тор 29 расхода пара на разбавление топочных газов, регул тор 30 насыпкой плотности, регул тор 35 частоты вращени  барабана, регул тор 43

0 расхода активирующего агента, устройство 37 соотношени  сигналов, задатчики 16, 18. 25, 28, 33, 41, сумматоры 19, 21, 22,- устройства 15, 24,32,36,39 масштабировани  сигналов; устройства 14, 20, 23, 26, 27. 31, 34,

5 38, 42 ограничени  сигналов.

Способ автоматического управлени  осуществл ют следующим образом.

Исходный материал поступает во вращающуюс  печь 1 через дозирующее уст0 ройство 2, задание которому первоначально„ устанавливаетс  задатчикогл 3. Температурный режим контролируетс  датчиками 4i и 42 температуры, подключенными к регул торам 10 и 11. Задание регул торам 10 и 11

5 изначально устанавливаетс  задатчиком 18 и окончательно формируетс  в сумматоре 19 с ограничением диапазона в устройстве -20. Регул тор 10 температуры в начальной зоне барабана при отклонении от заданного зна0 чени  формирует управл ющее воздействие в качестве задани  регул тору 12 расхода топлива. Регул тор 11 температуры в средней части барабана при отклонении от заданного значени  формирует комплек5 сное управл ющее воздействие. Выходной сигнал регул тора 11, пока его значение не превысит порог ограничени , установленный в устройстве 14. через согласующее масштабное устройство 15 и задатчик 16

0 корректирует задание регул тору 17 разрежени , тем самым регулиру  отток тепла из начальной зоны барабана в среднюю его часть. Если значение выходного сигнала регул тора 11 превышает пороговое значение

5 устройства 14 ограничени , то в сумматоре 21, плюсовой вход которого подключен к входу ограничител  14, а минусовой вход к выходу ограничител  14, начинает формироватьс  сигнал, который через устройство 23 ограничени  и согласующее устройство поступает в задатчик 25, где корректируетс  сигнал задани  регул тора 13 соотношени  топлива и воздуха. Таким образом в пределах ограничений, определ емых устройством 23 ограничени  сигналов, измен етс  величина газового потока, а следовательно, и его скорость по барабану вращающейс  печи. При большей скорости газового потока интенсифицируетс  теплообмен между газовой средой, обрабатываемым материалом и корпусом барабана. Если указанные управл ющие воздействи  не устранили рассогласование между сигналами датчика 42 температур и устройства 20, то после того , как сигнал на выходе устройства 23 ограничени  достигает насыщени , на выходе сумматора 22 по аналогии с работой сумматора 21 начинает формироватьс  корректирующий сигнал, который через согласующее устройство 27 измен ет в устройстве 28 уровень задани  регул тора 29 расхода пара. Изменение расхода пэра на вход барабана эффективно вли ет на изменение температурного режима, причем при увеличении расхода пара температура в начальной зоне уменьшаетс , а в средней части увеличиваетс . По сравнению с воздухом пар имеет большую удельную теплоемкость , поэтому  вл етс  эффективным транспортировщиком тепла из камеры сгорани  в центральную часть барабана. Кроме того, невозможность регулировать соотношение топлива и воздуха с большим коэффициентом избытка воздуха из-за чрезмерного увеличени  содержани  кислорода в газовой среде в начальной зоне барабана негативно сказываетс  на эффективности процесса активации, а также повышаетс  степень пожароопасности процесса. Насыпна  плотность готового продукта измер етс  датчиком 9 и регулируетс  устройством 30, причем регулирующий сигнал делитс  на два поддиапазона с помощью ограничительных устройств 31 и 38. В первом поддиапазоне выходной сигнал регул тора 30 ограничиваетс  по максимуму в устройстве 38 и через согласующие устройства 39 и 40 поступает в устройство 19 и 41 формировани  задающих сигналов соответственно регул торам 10 и 11 температурного режима и регул тору 43 расхода активирующего агента. Причем сигнал задани  регул тору 43 активирующего агента устанавливаетс  в рамках ограничени  по минимуму в устройстве 42, а уровень ограничени  формируетс  в устройстве 37 сот- ношени  сигналов загрузки исходного материале в барабан и частоты вращени  барабана. Второй поддиапазон выходного сигнала регул тора 30 определ етс  устройством 31 ограничени  на входе которого начинает примен тьс  сигнал, как только сигнал в устройстве 38 войдет в зону ограничени . В этом случае выходной сигнал

устройства 31 через согласующее устройство 36 измен ет задание дозирующему устройству 2, а через согласующее устройство 32 корректирует сигнал задатчика 33 дл  регул тора 35 частоты вращени  барабана.

0 Таким образом автоматический процесс входит в область такой производительности аппарата, при которой обеспечиваетс  заданное качество готового продукта в области допустимых значений параметров

5 технологического режима.

Пример. При увеличении, например, насыпной плотности сверх заданного значени  на выходе устройства 38 ограничени  по вл етс  сигнал, который через согласую0 щее устройство 39 увеличивает уровень задани  регул торам 10 и 11 температурного режима во вращающейс  печи и одновременно через согласующее устройство 40 увеличивает уровень задани  регул тору 43

5 расхода активирующего агента. Регул тор 10 температуры в начальной зоне увеличивает задание регул тору 12 расхода топлива дл  устранени  рассогласовани  между сигналами датчика 41 и устройства 20. Регул 0 тор 11 температуры в средней части барабана вначале увеличивает уровень задани  регул тору 17 разрежени , который увеличивает скорость прот жки газов по барабану и вынос тепла из начальной зоны

5 барабана в его центральную часть. После того, как выходной сигнал устройства 14 достиг установленного ограничени  на выходе сумматора 21 по вл етс  сигнал, который через согласующее устройство 24 измен ет

0 установку регул тора 13 соотношени  топлива и воздуха, увеличива  коэффициент избытка воздуха. Тем самым увеличиваетс  общий объем теплоносител , поступающего из зоны топочной камеры в барабан. Так как

5 разрежение на входе в барабан стабилизирован автоматически, то при большем объеме теплоносител  увеличиваетс  скорость его прот жки и передача тепла в центральную часть аппарата. Если и после этого тем0 пература в средней части не соответствует заданному значению, то по вл етс  сигнал на выходе сумматора 22 и через согласующее устройство 27 увеличиваетс  задание регул тору 29 расхода пара на разбавление

5 топочных газов. Если комплексное увеличение температуры и расхода активирующего агента не устранило рассогласовани  между сигналами датчика 9 насыпной плотности и эадатчика, что по вл етс  сигнал на выходе устройства 31 ограничени , который через согласующие устройства 32 и 36 уменьшает частоту вращени  барабана и задание дозирующему устройству 2. Одновременно через устройство 37 корректируетс  нижний предел ограничени  дл  задающего устройства 42 регул тора 32 расхода активирующего агента. Уменьшение частоты вращени  и загрузки исходного материала приводит к уменьшению степени заполнени  барабана и к интенсификации процесса активации, в результате которого насыпна  плотность готового продукта приходит к заданному значению.

При использовании предлагаемого способа управлени  процессом активацииугле- родсодержащих материалов увеличиваетс  выход готового продукта, стабилизируетс  качество активированных материалов за счет повышени  точности управлени  при расширенном диапазоне управл ющих воздействий . Кроме того, расширенный диапазон управл ющих воздействий позвол ет достичь заданного качества готового продукта при повышенной производительности аппарата. Расчет, например, по полиноминальной модели (1) показывает, что одно и то же значение насыпной плотности можно поддерживать при увеличенной загрузке материала в барабан, но и при повышенной температуре по всей длине аппарата . А дл  этого необходим расширенный диапазон управл ющих воздействий.

Экспериментальное опробование спо соба автоматического управлени  процессом активации показало, что регулируемое значение насыпной плотности отличалось от заданного не более чем на 3%, что удовлетвор ет требовани м классификации продукта на марки определенного качества. Например, гранулированный активный ре- куперационный уголь в зависимости от показателей (по ГОСТ 8703-74), одним из которых  вл етс  касыпна  плотность, подраздел етс  на марки следующим образом (см. таблицу).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ автоматического управлени  процессом активации гранулированных уг- 5 леродсодержащих материалов во вращающейс  печи, включающий регулирование подачи активирующего агента в печь в зависимости от насыпной плотности готового продукта, регулирование подачи пара в

   0 печь, соотношени  расходов топлива и воздуха в печь изменением подачи воздуха, загрузки исходного материала в печь, частоты вращени  барабана печи, температурного режима в начальной и центральной част х

   5 барабана печи и регулировани  разрежени  в печи изменением расхода отход щих газов , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  выхода готового продукта за счет стабилизации его качества, дополни0 тельно регулируют в заданном диапазоне температурный режим в начальной и центральной част х барабана печи в зависимости от насыпной плотности готового продукта, при этом температурный режим в

   5 нз зльной части барабана печи регулируют изменением поди п топлива в печь, а температурный рг им в центральной части барабана печи - р мс ением величины разрежени  в печи при достижении заданного

   0 граничного значени  которого измен ют соотношение расходов топпива и р ,yxa в печь, при достижении заданного граничного значени  этого соотношени  измен ют подачу пара в печь, регулирование подачи

   5 активирующего агента осуществл ют до достижени  величиной соотношени  загрузки исходного материала и частоты вра- щени  барабана печи заданного минимального значени , а при достиже0 нии величиной расхода активирующего агента заданного максимального значени  измен ют частоту вращени  барабана печи , загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соотношени 

   5 загрузки исходного материала и частоты вращени  барабана печи.