Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипящим слоем катализатора

 

Изобретение относится к авто.матизации пусковых ..процессов хи.мико-технологических систем, в частности производства серной кислоты, может быть использовано в химической промышленности и позволяет 05 аго8ь/{/ газ - Колче- 21 г с 1 ДЩ интенсифицировать процесс пуска и снизить потери топлива и сырья. С.хема содержит аппарат 1, вычислительный блок 3, датчики (Д) 4,5 и 6 расхода соответственно сырья топлив.д и дутья, блок (Б) 7 сравнения, Д 8 концентрации диоксича серы в обжиговом газе, Д 9 температуры в слое катализатора, Б 10 сравнения, функциональные блоки 11, 12 и 13, регуляторы 14, 15 и 16, логические блоки 17 п 18 и регулирующие органы 19, 20 и 21. Способ управления позволяет на основании сравнения текуп.1.его измененного значения температуры в слое катализатора, заданного временного температурного профиля, измеренного и расчетного значений концентрации диоксида серы в обжиговом газе распознавать ситуационные состояния пускового процесса и формировать управляющие воздействия на подачу сырья, дутья и топлива. 1 ил. (Q ТоплиВо 00 ел 00 ю 7 18

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВСЕ(ОЮЗМЙ

@Т; ЛЯ. 7, ;ТАЩИМ

Е, y; E) i r I Q .

Мжмзобый газ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4193165/31-26 (22) 13.02.87 (46) 30.03.89. Бюл. ¹ 12 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А. И. Кобяков, В. С. Балакирев.

М. Х. Валеев и Д. М. Мирзаянов (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1271820, кл. С 01 В 17/76, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1414442, J¹ 4120692/23-26, кл. В 01 1 8/18, 18.09.86. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ Г!УСКА АППАРАТА С КИГ1ЯШИМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА (57) Изобретение относится к автоматизации пусковых процессов химико-технологических систем, в частности производства серной кислоты, может быть использовано в химической промышленности и позволяет

„„Я0„„1468582

i5u 4 В Ol J 87l8, С Oi В l7 76, D 05 D 27, ПО интенсифицировать процесс пуска и снизить потери топлива и сырья. Схема содержит аппарат 1, E û÷èñëèòåëüíûé блок 3, датчики (Д) 4 5 и 6 расхода соответственно сырья топлива н дутья, блок (Б) 7 сравнения, 3, 8 концентрации диоксп а серы в обжиговом газе, 3, 9 температуры в слое катализатора, Б 10 сравнения, функциона lbные блоки 11, 12 и 13, регуляторы 14, 15 и 16, логические блоки 17 и 18 и регулирующие органы 19, 20 и 21. Способ управления позволяет на основании сравнения текущего измененного зчачения температуры в слое катализатора, заданного временного температурного профиля, измеренного и расчетного значений концентрации диоксиlа серы в обжиговом газе распознавать ситуационные состояния пускового процесса и формировать управляющие воздействия на подачу сырья, дутья и топлива.

1 ич.

1468582

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

Цель изобретения — интенсификация процесса пуска и снижение потерь топлива и сырья.

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит аппарат 1 с псевдоожиженным слоем 2, вычислительный блок 3, датчики 4, 5 и 6 расхода соответственно сырья (колчедана) топлива и дутья, блок 7 сравнения, датчик 8 концентрации диоксида серы в обжиговом газе, датчик 9 температуры в слое катализатора, блок 10 сравнения, функциональные блоки 11 — 13, регуляторы 14 в 16, логические блоки 17 и 18 и регулирующие органы 19 — 21.

Способ осуществляют следующим образом.

В аппарат 1 подают дутье для ожижения материала слоя и обжига колчедана, топливо на сжигание для поддержания аппарата в разогретом состоянии и колчедан на обжиг.

Пусковой процесс вывода аппарата на рабочий режим осуществляют по заданному температурному профилю материала псевдоожиженного слоя, который получают в результате оптимизационных расчетов или назначают из опыта эксплуатации. В ходе выполнения пускового процесса вывода на режим аппарата температура материала псевдоожиненного слоя должна совпадать с заданным температурным профилем.

Выполнению заданной пусковой программы препятствуют разнообразные возмущения в частности возникающие в псевдоожиженном слое гидродинамические неоднородности, колебания физико-химических характеристик дутья, колчедана и топлива, нестационарность термодинамических параметров аппарата. Под действием этих возмущений в период времени (О, т) выполнения пускового процесса имеют место отклонения температуры Т (1) материала слоя от заданного профиля Т (t), t E (О, т). Такие отклонения недопустимы.

При устранении указанных отклонений учитывается состояние процесса обжига в период выведения его на устойчивый автотермичный режим. Надежным, достаточно исчерпывающе раскрывающим состояние процесса обжига колчедана параметром является концентрация диоксида серы в обжиговом газе. Поэтому оценивание состояния процесса обжига колчедана осуществляют на основе сравнения измеренного и расчетного значений концентрации диоксида серы в обжиговом газе и в зависимости от результатов сравнения формируют регулирующие воздействия. Такой подход позволяет учесть потенциальное состояние объекта в пусковой период в каждой конкретной ситуации на множестве ситуационных состояний. Наиболее эффективно в смысле качества управления процессом вывода на режим аппарата и компенсации возмущений формировать регулирующие воздействия.

Концентрацию Ср диоксида серы в обжиговом газе рассчитывают исходя из материального балланса газовой фазы, по формуле

22 1л. $к С»

С

Р где Lð

Sк — концентрация диоксида серы, об. доли; — содержание серы в колчедане, вес. доли;

G — расход колчедана, кг/ч;

G: и G. — расходы дутья и топлива, м",/ч

Формула (1) выведена при следующих допущениях.

1. Реакция обжига колчедана протекает по общеизвестному механизму

4Ге. »г+ 110г--------2ГегОз+880г, 2. Сера колчедана выгорает полностью.

Значение расчетной концентрации находим как отношение содержания G „ диоксида серы в обжиговом газе к общему расходу G обжигового газа, т.е.

Ср= so /С .

30 Выведем расчетную формулу для определения Ср.

Для этого вначале найдем G. На вход аппарата подается дутье (79 Хг и 21Я Ог) и топливо (природный газ в смеси с воздухом), расходы которых измеряются. С уче35 том образования диоксида серы по принятому механизму реакции расход обжигового газа на выходе аппарата равен

С„= О, 79С + — О» 21G + Ст= О, 92G + G„»

8 где 6 — расход дутья.

40 Tenepb определим величину О И ряют подачу колчедана G, для которого известно содержание серы Я„(лабораторный анализ партии колчедана). По значению величин G и S ; находим количество серы

45 6,, сгораемой в аппарате:

G, =G .

Наконец, значение величины G позволяет на, основе принятого механизма реакции обжига определить количество образующегося диоксида серы:

50 G = — — » 224=- — 224.

SOg

Рассчитывают концентрацию диоксида серы в вычислительном блоке 3. Для этого датчиками 4, 5 и 6 измеряют соответственно расходы колчедана, топлива и дутья.

Сигналы GK, G. и бд с выхода этих датчиков направляют в вычислительный блок 3.

Туда же подают сигнал S, определяющий содержание серы в колчедане. В блоке 3

1468582

30

55 по формуле (1) получают расчетное значение концентрации С; диоксида серы в обжиговом газе. Сигнал Ср с выхода блока 3 направляют в блок 7 сравнения.

Идентифицируют ситуационные состояния в ходе выполнения пусковой программы на основании анализа температурного и концентрационного режимов в аппарате. Для этого в блоках 7 и 10 формируют логические переменные ц и c„которые отображают указанные режимы. Рассмотрим эту часть схемы.

Измеряют 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 и по формуле:

1, если Cp (t) ) С (t);

О, если Ср (t) (C(t), % e 50,tl.

Единичному значению переменной р, соответствует такое ситуационное состояние пусковой операции вывода на режим процесса обжига, когда наблюдается неполное выгорание серы колчедана в аппарате.

Такая ситуация возникает из-за недостатка кислорода вследствие низкого расхода дутья .или избытка подачи колчедана. Нулевое значение сигнала р свидетельствует о полном выгорании серы колчедана, что является желаемым состоянием процесса обжига.

Температуру материала слоя измеряют датчиком 9. Сигнал Т с выхода датчика 9 подают на вход блока 10 сравнения. На этот же блок подают температурный профиль Т (t). B блоке 10 сравнивают измеренную температуру материала слоя со значением заданного профиля и формируют логическую переменную по формуле:

1, если T(t) ) Т, (t);

О, если Т (t) T (t), t6 (О,т).

Превышение температуры материала заданной программы (=1) происходит вследствие недостатка дутья. Эта ситуация может возникать при неизменном расходе дутья из-за избытка подачи колчедана, что и вызывает выделение дополнительного тепла за счет горения колчедана. Вместе с тем при избытке подачи колчедана имеется неполное выгорание серы колчедана (p=! ) .

В такой ситуации для приведения процесса к заданной программе увеличивают подачу дутья. Увеличение расхода дутья является фактором для снижений температуры материала вследствие притока холодного воздуха в слой. Однако увеличение расхода дутья приводит к догоранию избыточного колчедана за счет притока кислорода с дутьем, что является дополнительным источником тепла. Поэтому в рассмотренной ситуации для искЛючения отклонения Tlt) от Т, (1) одновременно с увеличением подачи дутья уменьшают подачу топлива. При отклонении температуры материала слоя ниже заданного профиля (;=О) нарушение хода пускового процесса исправляют за счет изменения подачи колчедана. Здесь возможны две ситуации.

Первая возникает при превышении расчетного значения концентрации диоксида серы, измеренного (p= 1) В этом случае подачу колчедана уменьшают, так как неполное сгорание происходит из-за избытка колчедана в слое. При уменьшении подачи колчедана снижается доля реакционного тепла, затрачиваемого на прогрев холодного сырья и его диссоциацию. Высвобождаемое тепло приводит к выравниванию температуры слоя с заданным профилем. Вторая ситуация возникает тогда, когда расчетная концентрация не превышает измеренного значения (ц=О). В таком случае подачу колчедана увеличивают, что приводит к дополнительному выделению тепла за счет горения колчедана, а следовательно, к выравниванию величин Т и Т,",.

Подачу топлива в обеих ситуациях сохраняют неизменным. Подача топлива является фактором, стабилизирующим пусковой процесс. Уменьшение подачи топлива производится только в ситуациях с большим избытком тепла в аппарате (=1 и р.=l).

Прекращают подачу топлива после вывода аппарата на автогенный режим.

Рассмотрим формирование регулирующих воздействий при возникновении указанных ситуационных состояний.

С помощью логического блока 17 распознают ситуационные состояния, при возникновении которых необходимо уменьшение подачи топлива. Для этого на вход блока 17 подают сигналы р и . В блоке 17 реализуют логическую операцию «И» и формируют на выходе блока логическую переменную (v(t) по формуле:

1, если (р=1) / (=1), t (О,т};

1)8)= О, если (8=0/ =1) V (V=0/ «=0)Ч

\/ (11= 1 DE=0).

Сигнал направляют на вход функционального блока 11, на который подают также следующие сигналы: Т вЂ” температура материала с выхода датчика 9; T и Т вЂ” начальное и конечное значения темк и пературного профиля; G. — значение расхода топлива в начальный момент времени:

G — максимальная скорость изменения расхода топлива. В те моменты времени пускового процесса, когда происходит превышение температуры материала заданного температурного профиля (v= l ) задание по расходу топлива уменьшают в блоке 11 по формуле (- " Тк — Т к- )н

В общем случае корректировка величины

С! может быть значительной. Выставлять

1468582 такое задание регулятору 16 стабилизации расхода топлива недопустимо, ибо отработка такого задания может привести к срыву факела горелок сжигания топлива. Поэтому задание G отрабатывают плавно, для чего на выходе блока 11 формируют сигнал по формуле: «

С„(„) — 1)(t„) ° G Лt, k=1,2, °...

1 к-1 где G (t«) и G (t н — задание по расходу топлива в моменты времени t«и 1«-i, ч (т — значение расхода топлива в начальный момент пуска.

Стабилизируют расход топлива регулятором 16. Для этого на вход регулятора подают сигнал G- от датчика 5 расхода топлива, а также сигнал G . В регуляторе 16 сигналы G. и G сравнивают и по величине сравнения формируют, например по ПИ-закону сигнал Yi, который подают на регулирующий орган 19, и стабилизируют расход топлива.

Задание регулятору 15 стабилизации расхода дутья корректируют в функциональном блоке 12, на вход которого подают сигнал E с выхода блока 10, а также сигцал AG«. В функциональном блоке 12 задание G a по расходу дутья определяют по формуле б (1«) =0 (1«,1) + Ай«, к=1, 2, 3..., где G (t«и G>(t«- ) — задания по расходу дутья в моменты времени t«и t.- ;

Лᄠ— постоянная величина, которую устанавливают опытным или расчетным путем.

Сигнал б подают на вход регулятора 15, на другой вход которого подают сигнал Gä от датчика 6 расхода дутья. В регуляторе

15 сигналы G и G сравнивают и по величине сравнения формируют, например по

ПИ-закону, сигнал У2 и подают его на регулируюгций орган 20, которым стабилизируют расход дутья.

В тех случаях, когда имеет место отклонение температуры материала ниже заданного профиля (E=O), возможны ситуации, когда расход колчедана в аппарат либо избыточный (у=1), либо недостаточный (p,=p) . При @=1 необходимо уменьшить расход колчедана в аппарат, а при

p=O — увеличить.

Для реализации этого алгоритма управления в блоке 18 по логическим переменным ц, и формируют переменную 1 по формуле:

1, если (=0) / (ц=0);

y(s)-, если (=0) Р, (р=1);

О, если =1, t Е (О, т1.

На вход блока 13 подают сигнал 1. и

AG«и формируют на выходе сигнал G который подают в качестве задания на вход регулятора 14 стабилизации расхода колчедана. Формируют сигнал G» по формуле (з (t„G (t«< + у . Л(«, к 1 2 3

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипящим слоем

40 катализатора, например, в производстве серной кислоты, включающий регулирование подачи сырья, топлива и дутья 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 значения температуры в слое катализатора с текущим заданным значением этой температуры, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса пуска и снижения потерь топлива и сырья, дополнительно измеряют концентрацию диоксида серы в обжиговом газе на выходе аппарата, по расходам сырья, топлива, дутья и содержанию серы в сырье вычисляют значение концентрации диоксида

55 серы в обжиговом газе, сравнивают с заданной периодичностью вычисленное значение концентрации диоксида серы в обжиговом газе с текущим измеренным значением где G„ (1«) и G (t«- ) — задания по расходу колчеданй в моменты времени 1«и — постоянная величина, которую устанавливают опытным (расчетным) путем.

Из этой формулы следует, что при знаэ0 чении переменной @=1 происходит увеличение, а при и†1 уменьшение задания

I)0 расходу колчедана. Сигнал б„ подают на вход регулятора 14 стабилизации расхода колчедана. На другой вход регулятора подают сигнал G« от датчика 4 расхода колчедана. В регуляторе 14 сигналы G» и G сравнивают и по величине сравнения формируют, например по ПИ-закону, сигнал Уз, который подают на регулирующий орган 21 и стабилизируют расход колчедана.

Предлагаемый способ 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.

1468582

Составитель Г. Огаджанов

Редактор М. Петрова Техред И. Верес Корректор М. Васильева

Заказ !29318 Тираж 487 Под исное

ВНИИПИ Государственного комитета оо изобретениям н открь.тияi нрн ГКНТ CCCP

I!3035, Москва. Ж вЂ” 35, Раугвская наб.. д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101

/ (этой концентрации, при превышении текущего измеренного значения температуры в слое катализатора текущего заданного значения этой температуры увеличивают подачу дутья и при текущем расчетном значении концентрации диоксида серы в обжиговом газе, большем текущего измеренного значения этой концентрации, дополнительно уменЬшают подачу топлива в зависимости от текущего измеренного и заданных начального и конечного значений температуры в слое катализатора и заданной скорости изменения расхода топлива при текущем измеренном значении температуры в слое катализатора, меньшем или равном текущему заданному значению этой температуры и текугцем измеренном значении концентрации диоксида серы в обжиговом газе, 5 меньшем текущего расчетного значения этой концентрации, уменьшают подачу сырья, 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 сырья.