Способ контроля длительности прохождения древесного материала через вертикальный варочный котел непрерывного действия

 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажный промышленности и предназначено для повышения эффективности оперативного контроля и управления процессом непрерывной варки сульфатной целлюлозы. Цель изобретения - повышение точности определения длительности прохождения древесного материала по каждой зоне варочного котла. Это достигается тем, что в способе определяют время прохождения щепой рабочего тракта варочного котла непрерывного действия на основе оценивания параметров движения древесного материала в жикой фазе / скорости и концентрации на границах зон варочного котла / по совокупности измерений уровня щепы в котле, расхода щепы на входе, целлюлозной массы на выходе котла и дополнительных измерений перепадов давления между зонами, перепадов температур в подогревателях щелока. Реализация способа контроля длительности прохождения древесного материала через варочный котел в автоматизированных системах управления варочными установками непрерывного действия дает возможность получить непрерывную оценку времени пропитки щепы щелочью, времени нагрева и варки щепы, длительности диффузионной промывки массы, информацию о характере движения щепы с дальнейшим использованием этой информации для поддержания оптимального температурно-временного графика процесса варки и обеспечения максимальной стационарности движения древесного материала. 2 ил.л.с.прохорова

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цд4 D 01 С 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П-(НТ СССР (21) 4283037/29-12 (22) 13.07 ° 87 (46) 30.04,89. Бюл. ¹- 16 (71) Всесоюзное научно-производственное объединение целлюлозно-бумажной промышленности (72) P.È.Ñîñíîâñêèé, М.М ° Белов, А.С.Блюм, М.С.Коен и О.Ф.Соболев (53) 681.17(088 ° 8) (56) Патент США ¹ 3898124, кл. D 21 С 7/12, 1975.

Сосновский P.È., Белов М.М., Коен N.Ñ. Исследование фильтрационно-компрессионных свойств пакета щепы при варке. — Сб. трудов ВНИИВ:

Исследования в области автоматизации, механизации и аппаратурного оформления процессов ЦБП. Л., 1 982, с.30-35. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

ПРОХОЖДЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО МАТЕРИАЛА ЧЕРЕ3 ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВАРОЧНЫЙ КОТЕЛ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности ипредназначено для повышения эффективности оперативного контроля и управления процессом непрерывной варки сульфатной целлюлозы. Цель изобретения— повьппение точности определения длительности прохождения древесного

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству и может быть использовано для контроля движения пакета щепы в нарочных уста„„Я0„„1476000 А1 материала по каждой зоне варочного котла. Это достигается тем, что в способе определяют время прохождения щепой рабочего тракта варочного котла непрерывного действия на основе оценивания параметров движения древесного материала в жидкой фазе (скорости и концентрации на границах зон варочного котла) по совокупно сти измерений уровня щепы в котле, расхода щепы на входе, целлюлозной массы на выходе котла и дополнительных измерений перепадов давления между зонами, перепадов температур в подогревателях щелока. Реализация способа контроля длительности прохождения древесного материала че- Е рез варочный котел в автоматизиро- g ванных системах управления варочными установками непрерывного действия

;дает возможность получить непрерыв ную оценку времени пропитки щепы щелочью, времени нагрева и варки щепы, дпительности диффузионной промывки массы, информацию о характере движения щепы с дальнейшим ис- 3 пользованием этой информации для под- С5 держания оптимального температурновременного графика процесса варки () и обеспечения максимальной стацио- () нарности движения древесного материала. 2 ил.

2 новках непрерывного действия типа

"Камюр" .

Цель изобретения — повышение точности определения времени прохожде147600О

35

Ь (х)) dx

R

1 (2) где с(х) 40 где

R,(x) 50

<(x) = К „. (х) (х), (4, 4) ния древесного материала по каждой зоне варочного котла.

На фиг.1 схематически представлены зоны варочного котла на фиг.2—

5 устройство реализации способа, через которые проходит древесный материал в процессе варки (I — зона пропитки, II — зона нагрева, III— зона варки, IV — зона диффузионной промывки), параметры движения древесного материала, соответствующие границам зон, концентрация С;, скорость Ч;,перепады давления по высоте каждой зоны АР;, а также напряжения,вызываемые трениями древесного материала о поверхности сит отбора щелока

Перепад давления dP на элементарном слое высотой йх пакета щепы в котле, возникающий вследствие фильтрации жидкой фазы через твер.дую, равен

ЙР=т (U-Ч) dx, (1) где r — - удельное сопротивление фильтрации; . U V — скорости жидкой и твердой фаз.

Из уравнения равновесия элементарного слоя следует, что перепад давления по высоте зоны от сечения х; „ до х; равен

x„

ЛР; = a"-, + I ((x)х;, напряжение в пакете;

- концентрация древесного материала в сечении х; — вес 1 кг щепы, погруженной в жидкость; — радиус сечения котла; — касательное напряжение, вызванное трением пакета о стенки котла; где К т — коэффициент трения.

При нормальных условиях эксплуатации напряжением, вызванным трени55 ем пакета о стенки котла, можно пренебречь. Однако на фильтрующих сетках циркуляций пакет испытывает значительную силу трения, которая зависит от состояния поверхности стенок, скорость движения пакета, расхода щелока в циркуляциях и фильтрующих свойств пакета в данном сечении. Засорение сит отбора щелока древесным материалом сопровождается резким увеличением коэффициента трения, а следовательно, и напряжения в районе сит. В дальнейшем под b,. понимается среднее напряжение, действующее в районе сита отбора i-й зоны варочного котла. Из уравнений (1) и (2) следует, что перепады давления содер-. жат не только информацию о параметрах движения древесного материала, но и информацию о параметрах сопротивления движению, т.е.

ФР. = Г/С,, V; U; 6,). (3) Напряжения, вызванные трением, влияют на параметры движения.

Для разработки способа оценки параметров движения по имеющимся в распоряжении измерениям на основании исследований компрессионных и фильтрующих свойств древесного материала при варке получены зависимости между параметрами движения материала на границах зон варочного котла, параметрами сопротивления движению и измеряемыми сигналами.

При нулевых начальных условиях уравнения зон в отклонениях параметров, преобразованные по Лапласу, имеют следующий вид. Для верхней зоны котла (i = О) уравнение уровня щепы в котле:

Px + Чо = (41)

Су х, - отклонение уровня столба щепы в котле;

- массовый расход абс. сухой древесины, подаваемый в котел, Для I зоны (х = 1):

V(, = a „x, + à 4V, + b U,; (4,2) С1 = а, х, + aq4V + b

Ч; „= а, ;, С;, + а,, ;„1 х

xV; +bi,, а;+ь,;,,и1

7476000 2!

Скорость движения жидкой фазы в верхней части котла до зоны экстракции щелока постоянна, т.е.

U!=U7=U3

Взаимосвязь между зонами в соответствии с уравнениями (4.1) — (4.5) иллюстрирует структурная схема на фиг.1Б. Для большинства звеньев входными сигналами являются концентрация на верхней границе зоны и скорость на нижней, а выходными сигналами — концентрация на нижней границе и скорость на верхней.

Параметры уравнений (4.1) — (4.5) можно разделить на две категории.

К 1-й относятся те параметры, которые характеризуют процесс движения пакета щепы по котлу. В совокупности они составляют вектор состояния Y:

20 (7) AY = BW

30

C3ü Vq Cq ll1 (5) 35

Т вЂ” признак транспортирования; х, — изменение уровня щепы в котле; где (8.1) х„+ Е!

45 Zz dP h) x + 7 C, + (8 ° 2) Е2 э

50 (8.3) + 7-з. + з

Ф ! (8,4) + 4 Q P + Е 4

55 (6) 5,4 Ф (8,5) 2 t1, -! - 21+!,7(;+1) С. + а

V„V„

V, V — скорости движения твердой фазы в сечениях 0,1,2,3.

Cfj С2»

С, С вЂ” концентрация твердой фазы в соответствующих сечениях.

Ко 2-й категории относятся параметры, характеризующие внешние и внутренние воздействия (возмущения, влияющие на процесс движения пакета древесного материала и независя.щие от этого процесса). Они составляют вектор возмущений W: где !(р — массный расход древесины на входе в котел;

6, 36 — касательные напряжения, вызванные трением паке-! та щепы о стенки котла в районе сит отбора щелока;

U „ — скорость движения жидкой фазы в верхней части котла до зоны экстракции щелока;

U 4 — скорость жидкой фазы в зоне диффузионной промывки, движущейся навстречу твердой фазе;

V4 — скорость древесного материала в зоне выгрузки котла, обусловленная скоростью вращения дон-. ного шабера.

С использованием обозначений векторов Y u W уравнения (4. 1) — (4.5) записываются в матричной форме где А и  — передаточные матрицы, состоящие из элементов а и Ь, причем в матрице

А все диагональные элементы, кроме первого, равны а; ; = -1, Ф 1.

11!

Была получена также система уравнений, связывающая совокупность используемых измерений с параметрами движения и параметрами сопротивления движению древесного материала.

Первое уравнение измерения — измерение уровня щепы в котле

E дальнейшем будем обозначать

i-e измерение через Z;, а ошибку

i-ro измерения Е;. Тогда г3 Р2 — 7 313 C! + h 5 C + г4=ДРЗ=Ь4,С,+h,.СЪ +

I Р4 h 1С + h ig С +

1476000 где Z = )I Z,7, ...Z 1i Il вектор измерений;

E-.IIf f,... f „ Il вектор ошибок измерений; вектор параметров состояния процесса движения твердого материала; (8.6) Произведение измерений сбъемного расхода выдуваемой массы и ее концентрации равно текущей производительности варочного котла по цел- 15 люлозе Ч це ., которая зависит от концентрации С и скорости V4 древесного материала в зоне выгрузки:

Ни1.

Из уравнения (8) 1= Q цел. h7зCФ+ 1 Ä,1 V4 + 20 (8.7) W = (В .Л) Y (10) Тогда, подставив (1) и (10) получим

Z =HY+L(B А) + (Н+ L (В А)) Y+E °

Теперь можно применить к уравнению (11) аппарат теории оптимальной фильтрации и получить наилучл шую оценку вектора состояний Y:

30 (8.8) 79

Y= Е )Y Z )5E(Z Z 33 Z, (12) 35 где Е обозначает математическое ожидание.

По оптимальным оценкам скоростей на границах зон можно оценить время пребывания древесного материала в каждой из них.

Принимаем за оценку средней скорости движения древесного материала в i-й зоне значение, равное л л

Vi-1 + .Л (13)

C. P 2 (8. 9) 40

Тогда оценка времени пребывания материала в i-й зоне равна (8. 10)

50 л л

Н;/Ч; (14) (8.11) где H. — высота i-й зоны (расстояние между i-1 и i-м сечениями).

Варочная установка содержит ва рочный котел 1, дозатор 2 щепы, подающий щепу в котел, донный шабер 3, Уравнения (8.1) — (8.11) запи55 сываются в матричной форме:

Z HY + LM + где Z< Ез

Z, Š— измерения перепадов давлений по высоте зон котла.

Измерение нагрузки на донный шабер определяет концентрацию массы

I в зоне выгрузки:

Е = Т =hgg

Измеряемые величины разности температур щелока на входе и выходе из подогревателей верхней и нижней зон нагрева котла зависят от скорости движения твердой и жидкой фаз в этих зонах:

4Тз = Ьз Ч + 1 (11+

Измеряемые амплитуды колебаний температур щелока на входе в подогреватели вследствие циклического переключения поясов сит, через которые происходит отбор щелока из котла в линию циркуляции, тоже являются функциями от скоростей движения твердой и жидкой фаз: 1о А = Ь 1О4Ч1 + вектор возмущений; передаточные матрицы, состоящие из элементов и ° и 1 получаем

00 10

9 14760 осуществляющий выгрузку целлюлозы, насос 4 линии циркуляции верхней варочной зоны, насос 5 нижней варочной зоны, трубы 6 и 7 линии циркуляции щелока, линию 8 выдувки цел- 5 люлозы, линию 9 подачи варочного щелока, линию 10 подачи промывного щелока в зону диффузионной промывки, линию 11 отбора щелока в испарительный циклон, сито 12 отбора щелока в линию циркуляции верхней зоны нагрева, сито 13 отбора щелока в линию . циркуляции нижней зоны нагрева,- сито t4 отбора экстрагируемого щелока, паровые подогреватели 15 и 16 цирку15 лирующего щелока, испарительный циклон 17.

Щепа поступает в верхнюю часть котла, вместе с варочным щелоком проходит зону пропитки I затем нагревается щелоком, циркулирующим через подогреватель 15, проходит зону нагрева ЕЕ, где нагревается щелоком, циркулирующим через подогреватель

16 до температуры варки, проходит через зону варки III, после чего щелок из нее отбирается через сито 14 в линию 11. Далее масса поступает в зону промывки IV, где навстречу ей снизу вверх движется промыв ной щелок, который извлекает из массы органические продукты растворения древесины и выводится через сито 14 и линию i 1 в испарительный циклон 17. 35

Выгрузка массы осуществляется донным шабером 3. При выгрузке масса разбавляется промывным щелоком по линии 10 и выдувается через линию 8.

Каждое сито разделено на два по- 40 яса. Отбор щелока производится поочередно .то из верхнего пояса сита, то из нижнего с частотой порядка

1 мин.

Для контроля движения материала 45 используют датчики для измерения на входе котла расхода щепы 18; уровня щепы в котел 19, на выходе котла — скорости вращения донного шабера 20, нагрузки Ha его привод 21, 5б расхода массы в вьщувной линии 22 и ее концентрации 23.

Для реализации способа контроля дополнительно установлены датчики перепадов давления по высоте зон 55 варочного котла: 24 — для измерения перепада давления на зоне пропитки (ЬР ), 25 — для измерения перепада давления на верхней зоне нагрева (Р ), 26 — для измерения перепада давления на нижней зоне нагрева

ЛР, 27 — для измерения перепада давления на зоне диффузионной промывки (ЛР ), а также датчики температур для измерения разности температур,щелока на входе и выходе из подогревателей для верхней зоны нагрева dT < 28 и 29, для нижней зоны нагрева dTЗ 30 и 31, датчики 29 и

31 для измерения амплитуды колебаний температур щелока при циклическом переключении сит отбора (A„

А;).

В измерениях датчиков содержится информация о параметрах сопротивления движению столба щепы, концентрации материала и его скорости в отдельных зонах. Вся совокупность измерений подключена к вычислительному устройству, которое проводит расчет оценки вектора параметров состояния процесса движения древесного материала по зонам варочного котла в соответствии с формулой (12) оценки средних скоростей движения материала в зонах по формуле (13), времени пребывания материала в каждой зоне по формуле (14). Результаты расчета выдаются на дисплей оператора в виде чисел и графиков.

Способ контроля длительности пребывания древесного материала в процессе непрерывной варки может быть использован в составе автоматизированной системы управления варочнопромывной установкой производства беленой сульфатной целлюлозы.

Формула изобретения

Способ контроля длительности прохождения древесного материала через вертикальный варочный котел непрерывного действия путем измерения уровня материала в котле, расхода материала на входе и на выходе котла, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности определения длительности прохождения древесного материала по каждой зоне варочного котла, дополнительно измеряют перепады давления между зонами котла, перепады температур в подогревателях щелока, амплитуды колебаний температур при циклическом переключении отбора щелока с верхней и нижней половин циркуляционных сит и на основании всех измеряемых значений по1476000

/lюФ т

Составитель Л.Прохорова

Pедактор Т.Лазоренко Техред М.Дидык Корректор M.Ñàìáoðñêaÿ

Заказ 2129/26 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101 следовательно рассчитывают концентрацию и скорость движения древесного материала на границах зон варочного котла, среднюю скорость движения материала в зонах, а затем определяют длительность прохождения материала через каждую зону котла и через котел в целом.