Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипящим слоем катализатора

 

Изобретение относится к автоматизации пусковых процессов химикотехнологических систем, в частности производства серной кислоты, и может быть использовано в химической промьшшенности. Целью изобретения является интеисификация процесса пуска и снижение потерь топлива и сырья. Схема управления процессом содержит аппарат 1 с кипящим слоем 2, теплообменник 3, термодатчики 4 и 5 соответственно кипящего слоя и теплоносителя , расходомеры 6-8 соответственно сырья, дутья и топлива, блоки 9 и 10 сравнения, вычислительные блоки I1 и 12, логические блоки 13 и 14, регуляторы 15 - 17 и регулирующие органы 18 - 20. Способ управления позволяет на основании сравнений текущего измеренного значения температуры в слое катализатора, расчетного значения зтой температуры и заданного временного температурного профиля распознавать специальные состояния пускового процесса и формировать управляющие воздействия на подачу сырья дутья и топлива. 1 ил. I (Л

СОЮЗ ССЦЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l9) (П) (Я) 4 В 01 J 8/18, С 01 B 17 76 с95 Р); 7Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4120692/31-26 (22) 18.09.86 (46) 07.08.88. Бюл, Ф 29 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А.И.Кобяков, В.С.Балакирев, М.Х.Валеев, Д,М,Мирзаянов и P.P.Âàëååâ (53) 66.012.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1125039, кл. В 01 J 8/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В !271820, кл. С 01 В 17/76, 1985. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПУСКА АППАРАТА С КИПЯЩИМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к автоматиэации пусковых процессов химикотехнологических систем, в частности производства серной кислоты, и может быть использовано в химической промьпплениости. Целью изобретения является интенсификация процесса пуска н с нижение потерь топлива и сырья. Схема управления процессом содержит аппарат 1 с кипящим слоем 2, теплообменник 3, термодатчики 4 и 5 соответственно кипящего слоя и теплоносителя, расходомеры 6 — 8 соответственно сырья, дутья и топлива, блоки 9 и 10 сравнения, вычислительные блоки Il u

12, логические блоки 13 и 14, регуляторы 15 — 17 и регулируюшие органы

18 — 20. Способ управления позволяет на основании сравнений текущего измеренного значения температуры в слое катализатора, расчетного значения этой температуры и заданного временного температурного профиля распознавать специальные состояния пускового процесса и формировать управляющие воздействия на подачу сырья дутья и топлива. 1 ил.

14

Изобретение 1з нс сится к антоматизации пусковых процессов химико-технологич ских систем, в частности произВОдстна с рнОй кислОтыt и может быть использовано в химической промышленности.

Целью изобретения является интенсификация процесса пуска и снижение потерь топлива и сырья.

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа.

На схеме обозначены аппарат с псевдоожижен ым слоем 2 дисперсного материала, теплообменник 3, термодатчики 4 и 5 соответстненно кипящего слоя и теплоносителя, pQc?;oäoìåðû

6-8 соотве гственнп сырья («олчедана), дутья и топлива, блоки 9 и 10 сранне ния, вычислительны«- блоки 11 и 12, логические блоки 13 и 14, регуляторы

15-17 и регулирующие органы 18-20.

Способ осуществляют следующим образом, В аппарат 1 подают дутье для сжижения дисперсного материала, топливо на сжигани« для поддержания аппарата

B разогр.том состоянии, колчедан для провед .нич проц. сса обжига и получения диоксида серы и теплоноситель в теплообм«ниик Э, погруженный в слой материала. Выведепи« аппарата íà p;l бс ий режиь: пс уществляют по программе (температурному профилю), получаемой в результ:lT« оптимизационных расчетов или назначаемой из опыта эьсплуатавии. В ходе выполнения пускового процесса температура материала должна совпадать с заданным температурным профилем.,Выполнению заданной программы пуска препятствуют разнообразные возмущения, в частности возникающие в псендоожиженном слое гидродинамические неоднородности (каналообраэонания, сегрегация материала по фракциям, застойные зоны), колебания физико-химических характеристик дутья, колчедана, топлив» и теплоносителя, нестационарность т«рмодинамических и; раметрон аппарат:., в частности коэффициента теплолередачи сч «в нок теплообменника. Под деиствием этих возмущений н период Р О, ь 1 выполнения гусконой операции имеют место,клон«ния текуще"о изм«ре:ного значения темпе ратуры Т (.! > в слое

1 с катали .а To1.а оч запани г< температур"

2 нзго профиля T (l) CE $0>L7 Такие о гклонения недопус тимы, При устранении указанных отклоненийй учитывают потенциальное состоя5 и е объекта управления. Оценивание с?стояний объекта управления осущес гвляют на основе сравнения измеренн зго и расчетного значений температуры материала слоя и н зависимости о г результатов сравнения формируют р гулирующие воздействия, Такой подх зд позволяет учесть потенциальное с зстояние объекта н каждой конкретн зй ситуации и, следовательно, наибол е эффективно по качеству пронедения и искового процесса и интенсивности к змпеис ации возмущений форм ирон ать р гулирующие ни эдейс тв ия .

Температуру в слое катализатора р.ьссчитынают из уравнения теплового баланса

1444

G С (Т -Т ) + G

25 р

+ Г ---(Т вЂ” Т ) + т

+ С ° Н = О, Р

С (Т вЂ” Т ) +.

>С К С

G "S "H+

К I( (1) где С, С„ и С вЂ” расходы дутья, колт

30 чедана и топлива, кг/с;

С и С вЂ” удельная теплоемA к кость дутья и колчедана, Дж/ (кг К);

35 S — содержание серы в колчедане, Н и Н ., — тепловые эффекты горения копчедана и топлива, Дж/кг; с

40 1 и о — плошадь поверхности и толщина, стенки теплообменника, м и м;

2 — коэффициент тепло45 пров однос ти, Вт/(м К) 3

Т, Т и Т вЂ” температура дутья, к колчедана, теплоносителя, К.

Рассчитывают температуру материала слоя в вычислительном блоке 12, Дпя этого термодатчиком 5 и расходомерами 6-8 измеряют соответственно т.мпературу теплоносителя, расходы колчедана, дутья и топлива. Сигналы

Тгэ С С и Ст с выхода этих блоков к Р направляют в вычислительный блок 12, н котором решают уравнение (1) и пзлучают расчетное значение Т тем з !4 пературы материала. Сигнал Т с выхос да вычислительного блока 12 направляют в блок !О сравнения.

Измеряют текущее значение температуры в слое датчиком 4. Сигнал Т с с выхода датчика 4 подают на входь; блоков 9 и I О сравнени:-., а также вычис— лительного блока 11. В блоке 10 сравнивают температуру материала Т с

v с расчетным значением Т и формируют выходной сигнал 1 по формулам

p(t) = 1, если Т (с) Т (t); (2)

P(t) = О, если Т (t) Т,(t), (О, 7) ° (3) Единичное значение сигнала Р отоб— ражает ситуационное состояние, когда наблюдается неполное сгорание колчедана в псевдоожиженном слое. Такое состояние пускового процесса возникает либо иэ-за недостатка кислорода на окисление пирротина и серы вследствие низкого расхода дутья, либо изза неполноты диссоциации колчедана на пирротин и серу (термический процесс разложения колчедана), что возможно в пусковой период из-эа недостатка тепла в зоне реакции и (или) излишней подачи колчедана. Нулевое значение сигнала

; p снидетельствует о нормальном состо. .янин пусконого процесса обжига.

Идентифицируют указанные состояния процесса обжига колчедана в ходе выполнения пусковой операции при оть клонении температуры Т () относис тельно заданного температурного профиля материала слоя. Для этого на вход блока 9 подают заданный температурный профиль T",(t)> tg(0> t 1 — программу пусковой операции выведения аппарата на автотермичный режим обжига колчедана. В блоке 9 сравнивают текущее значение температуры материала с программным значением и формируют выходной сигнал Е по формулам

1444? ть R и oдHО B pf ме. H н о fмb ныряют пoдB«$ топлива. Увеличение пода«и дутья обеспечивает полное сгорание колчедана, что является дополнительным ис5 точником тепла. Однако роста отклонения величины Т от Т не происходит, так как этому препятствует сокращение притока тепла к слою вследствие уменьшения подачи топлива в аппарат.

При отклонении температуры материала ниже заданного температурного профиля = 0 и превышения расчетной температуры измеренного значения (г> = 1 нарушение программы пускового процесса исправляют уменьшением подачи колчедана. В этом случае сокращается расходование тепла слоя на процесс разложения колчедана, а также на прогрев колчедана и высвобождаемого тепла достаточно для выравнивания величины Т с заданным значением Т с

Если при отклонении температуры

25 материала ниже заданного значения — О расчетная температура совпадает или меньше измеренного значения (!ч = О), тогда компенсацию отклонея ния Т от Т осуществляют увеличенис с ем подачи колчедана, так как н этом состоянии весь колчедан, подаваемый в слой, сгорает полностью. При увеличении подачи полчедана возрастает приток тепла к слов> а следовательно, наблюдается повышение температуры ма35 тэриала. В данной ситуации подачу топлива сохраняют неизменной, Рассмотрим формирование регулирующих воздействий при возникновении

40 укаэанных ситуаций, Сигнал ч с выходa блока 10 сравнения направляют на входы логических блоков 13 и 14, на которые подают и сигнал с выхода блока 9 сравнения.

Сигнал g подают также на вход регуля45 тора 15 °

В блоке 13 по сигналам ч и формируx)T выходной сигнал >! по формулам ((t) = 1, если T,(t) т Т (t ); (4)

g(t) = О, если Т (t) .= T""(t)>tеГо,ь1 ! (5)

Неполное сгорание колчедана !ч = 1 из-за недостатка расхода дутья имее " место при превышении температуры материала заданного температурного профиля = l, В этом случае для приведения пускового прг цесса к заданной программе увели«ивают подачу ду1, если (fð = 1) ((; — 1, если (ч = 0)л(;

О, если (F = 1)л( ((!ч = 0)л(ф = 1)). (6) (1) 0);

О);

1) (8) Сигнал >! направляют в регулятор

55 1/ и формир,ют В пем рег $".IHpy 01öèé сигнал y > котсрым управляют регулирующим органом 20, а следовательно, подачей колчедана. Формируют сигнал у по формуле

1414442 е) -y(t )+1.<у, 1,2. ° ., у,(К опытным и расчетным путем, Из (9) следует, что при значении сигнала Q » «1 происходит увеличение

5 поi ачи колчедана, а при ) = — l уменьшение подачи колчедана, (9) где у1(г.„) УЧ К-1 регулирующие воздействия в моменты времени t и t„ соответК ствеHHo1 постоянная величина, которую устанавливают у>О

1 (Ч 1)h(F 1)1 (10) (= 0) (q = 0)1ч L(P О) (ф - 1)lvC(p = 1)л(= О)), (11) если если у () = y () + ) .а y, 25

K1 2ó ° ° ° ° (12) где у (t„) иу(г) регулирующие воздействия в моменты времени t u к постоянная величина, которую устанавливают опытным или расчетным

F(t) = -----------.. (13) Т (t) — Тк

0 с

g у О путем °

Повышение экономичности пуска достигается за счет снижения в ходе выполнения пусковой операции подачи топлива. При этом для обеспечения вы-! сокого качества пуска, в частности исключения задержки пускового процесса из-за возможности значительного отклонения температуры слоя от заданного профиля, что особенно вероятно под действием возмущений на начальном этапе пусковой операции, 4 снижение подачи топлива осуществляют лишь в моменты времени, когда температур| материала либо превышает температуру заданного профиля, либо совпадает с ним. Кроме того, темп снижения подачи топлива устанавливают неравномерным, а именно обратно пропорционально разности температуры материала Т (t), tg(0 ) и конечного значения температуры Т = Т"(t) заданного температурного профиля Т (t) йускового процесса, В этом случае нарастание темпа снижения подач топлива

Происходит плот=.пенно, по мере ьыво(l4) К = l, 2,. ° ., 50

Сигнал у направляют в регулятор

16 и формируют в нем регулируюший сигнал у, которым и управляют пода.

2 чей дутья с помошью регулирующего блока I О. Формируют сигнал у по

2 формуле

В блоке 14 по сигналам ч и (формируют сигнал y, котсрым управляют подачей дутья в аппарат. В блоке ре-, ализуют логическую операцию И, т.е, да процесса обжига колчедана на автотермичный режим, когда надобность в источнике тепла (подаче топлива) отпадает ° Такое управление подачей топлива повышает качество и зкономичность пускового процесса, Рассмотрим реализацию этой части спссоба, На вход вычислительного блока 11 подают сигнал, равный Т, По значеК ник сигналов Т и Т в блоке рассчик

С с тЫв ают величину F. по формуле

Сигнал Е с выхода блока 11 напр вляют на вход регулятора 15 и в нем по сигналам 6 и формируют выход.,ной сигнал у, которым управляют с r.oìîùüþ регулируюшего органа 18 пода ей топлива. Регулирующий сигнал у> формируют по формуле

y (к) уэ(к-f с() () уз гд(y (t ) и (t ) — сигналы в моменты вре-.

К- мени t u

К К-1 — постоянная величина, которую устанавливают опытным путем или на основе расчета; абсолютное значение величины, Согласно (13) по мере приближения пу<:ковой операции к завершению абсолютное значение величины возрастает, и значение величины у в соответствии с (14) уменьшается, что ведет к сокрашению подачи топлива.

Величину д у подбирают так, чтобы

442

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель Г. Огаджанов

Техред Л.Олийнык Корректор Л. Пилипенко

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 3809/6 Тираж 519 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1414 с регулирующий сигнал у > лостигал нулевого значения, при котором регулирующий орган закрыт и подача топлива прекращена.

Использование способа позволяет за счет распознавания ситуационных состояний пускового процесса повысить качество динамических процессов пусковых операций и экономичность использования ресурсов на осуществление пуска, а также интенсифицировать процесс пуска.

Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипящим слоем катализатора, например, в производстве серной кислоты, включаюший регулирование подачи сырья, топлива и дутья в аппарат, теплоносителя — в теплообменник аппарата и измерение температуры в слое катализатора, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса пуска и снижения потерь топлива и сырья, дополнительно измеряют температуру теплоносителя и содержание серы в сырье, рассчитывают разность между те° кушим измеренным значением температу30 ры в слое катализатора и конечным заданным значением этой температуры, по расходам сырья, топлива, дутья, температуре теплоносителя и содержанию серы в дутье вычисляют значение,i 35 температуры в слое катализатора, сравнивают с заданной периодичностью ! вычисленное значение температуры в слое катализатора с текущим измеренным значением этой температуры и текущее измеренное значение температуры в слое катализатора с текущим заданным значением этой температуры, при превышении текущего измеренного значения температуры в слое катализатора уменьшают подачу топлива обратно пропорционально разности между текущим измеренным значением температуры в слое катализатора и конечным заданным значением этой темпера туры, при превышении текущего измеренного значения температуры в слое катализатора, текущего заданного значения этой температуры и вычисленного значения температуры в слое катализатора текущего измеренного значения этой температуры дополнительно увеличивают подачу дутья, при теку- щем измеренном значении температуры в слое катализатора, меньшем или равном текущему заданному значению этой температуры, и вычисленном значении температуры в слое катализатора, большем текущего измеренного значения .этой температуры, уменьшают подачу сырья, а при текущем измеренном зна4 чении температуры в слое катализатора, меньшем или равном текущему заданному значению этой температуры, и вычисленном значении температуры в

I слое катализатора, меньшем или равном текущему измеренному значению этой температуры, увеличивают подачу сырья.