Способ автоматического управления обработкой древесной щепы в пропиточном аппарате

 

Изобретение касается автоматического управления процессом подготовки щепы в производстве химико-механической и химико-термомеханической древесной массы и может быть использовано в АСУ технологическими процессами в целлюлозно-бумажной пром. Цель изобретения - повышение качества целевого продукта за счет стабилизации теплового режима пропитки щепы и стабилизации остаточной щелочности в рециркулянте. В отличие от известного способа, в котором измеряют текущие значения расхода растворов едкого натра и моносульфита, поступающих в аппарат, температуру пропиточного раствора за подогревателем и уровень в пропиточном аппарате и изменяют расход едкого натра, моносульфита, воды, рециркулянта и пара в подогреватель, дополнительно измеряют частоту вращения и нагрузку 7 питающего шнека, расход и давление пара, концентрацию едкого натра, моносульфита и остаточной щелочности, температуру рециркулянта, температуру в нижней части аппарата. По измеренным параметрам рассчитывают удельные расходы едкого натра, моносульфита, тепла, поступающего с паром, скорость изменения уровня,сравнивают с заданными величинами этих параметров, определяют величину рассогласования и знак рассогласования и вычисляют величины поправок, корректирующих заданные значения, причем ввод корректирующих поправок осуществляют в зависимости от сочетания знаков рассогласований между измеренными и заданными величинами. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2,1) 4344571/31 — 12 (22) 16.12.87 (46) 15.08.89. Бюл. 1 - 30 (71) Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности (72) Г.П.Буйлов, С.В.Стефановский, Б.И.Криман, А.И.Красильников, Е.Г.Иванов и В.Д.Климов (53) 66.012.1-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 773173, кл. D 21 С 1/00, 1980.

Проектные материалы по заводу древесной массы из осиновой щепы Сясьс" кого ЦБК. Акционерное общество "Е1180GUTZEIT 0SAKEYHTI0". Контракт на поставку оборудования Р 10/12648. машиностроительный завод SAV0NLTNNA.

FINLAND, 1972.

Проспект 1Лропитачный котел для щепы", фирма "ENSO-BAUEP. M Й DDIG

STERS, FINLAND, 1972. (54) СПОСОБ АВТО1ААТИЧЕСКОГР УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ ДРЕВЕСНОЙ И(ЕПЫ В ПРОПИТОЧНОМ АППАРАТЕ (57) Изобретение касается автомати, ческого управления процессом подготовки щепы в производстве химико-механической и химико †термамеханической древесной массы и может быть использовано в АСУ технологическими процессами в целлюлозно-бумажной промышленности. Цель изобретения — повыИзобретение касается автоматического управления процессами подготовки щепы в производстве химико-мехаÄÄSUÄÄ 1501008 А1 (5р 4 . G 05 D 27/00 D 21 С 7/06 шение качества целевого продукта за счет стабилизации теплового режима пропитки щепы и стабилизации остаточной щелочности в рециркулянте. В ov личие. от известного способа, в кото- . ром измеряют текущие значения расхода растворов едкого натра и моносульфита, поступавших в аппарат, температуру пропиточного раствора за подогревателем и уровень в пропиточном аппарате и изменяют расход .едко" го натра, моносульфита, воды, рециркулянта и пара в подогреватель, доо нолнительно измеряют частоту вращения и нагрузку питающего шнека, расход и давление пара, концентрацию ед- а кого натра, моносульфита и остаточЮ ной щелочности, температуру рециркулянта, температуру в нижней части аппарата. По измеренным параметрам рассчитывают удельные расходы едкого натра,моносульфита, тепла, посту- 2 щего с паром, скорость изменения уровня, сравнивают с заданными величинами этих параметров, определяют величину рассогласования и знак рассогласования и вычисляют величины

4Р поправок, корректирующих заданные

4Р значения, причем ввод корректирующих поправок осуществляют в зависимости от сочетания знаков рассогласования между измеренными и заданными величинами. 1 ил. ничес кой (ХМИ) и химика- терма механической (ХТИМ) древесной массы и может быть использовано в АСУ техноло"

- 150100 гическими процессами целлюлозно"бумажной промьппленности, промышленности строительных материалов и деревообрабатывающей промышленности.

Цель изобретения — повышение качества целевого продукта путем стабилизации теплового режима пропитки щепы и стабилизации остаточной щелочности в рециркулянте. 10

На чертеже представлена структурная схема -системы, реализующей способ автоматического управления обработкой древесной щепы.

Объектом управления является про- 15 питочныи аппарат 1, на входе в который размещен подогреватель 2 лропиточного раствора, представляющего собой смесь растворов едкого натра, моносульфита и воды. Имеется трубо- 20 провод рециркулянта. Подогрев пропиточного раствора осуществляется паром, который поступает в пропиточный аппарат. Ltåïà после промывки подается в аппарат шнековым дозатором.

Автоматическая система управления включает комплек ты ав то матичес ких измерителей 3 — 5 расхода — водного раствора едкого натра, моносульфита и рециркулянта соответственно, дат- 30 чик 6 частоты вращения шнека, подающего щепу в пропиточный аппарат, датчик 7 тока нагрузки привода питающего шнека, комплект автоматического измерителя 8 расхода пара, поступающего на пропиточный узел, состоящий из диафрагмы типа ДКН, конденсационноrî сосуда типа CKH-100-1 и дифманометра типа Сапфир-22ДД, комплект автоматического измерителя 9 давления 40 пара, состоящий из конденсационного сосуда типа СКМ-100-1 и манометра типа Сапфир-22ДИ, комплект автоматического измерителя 10 уровня в пропиточном аппарате, включающий разделитель-45 ный сосуд типа СРС-63-1 и манометр типа Сапфир-22ДИ, датчики 11 — 13 температуры соответственно пропиточного раствора за подогревателем, рециркулянта и в нижней части пропиточ-50 ного аппарата, датчики-устройства

14 — 16 концентрации соответственно раствора едкого натра (каустика), раствора моносульфита и рециркулянта, блок 17 вычисления расхода воздушно-сухой щепы, поступающей на пропитку, блоки 18, 19 вычисления удельных расходов химикатов — едкого натра и моносульфита соответственно, блок 20 вычисления теплосодержания (энтальпии) пара, блок 21 вычисления удельного расхода тепла, поступающего с паром на пропиточный узел.

Система содержит также задатчики:

22 температуры в нижней части пропиточного аппарата; 23 максимально допустимого значения скорости изменения уровня в пропиточном аппарате;

24 значения частной производной энтальпии пара по его давлению; 25 постоянной составляющей.в выражении для определения энтальпии пара; 26 удельного расхода едкого натра; 27 удельного расхода моносульфита; 28 уровня в пропиточном аппарате; 29 концентрации остаточной щелочности в рециркулянте; 30 температуры рециркулянта и 31 максимально допустимого значения удельного расхода едкого натра. В системе имеется также блок 32 вычисления рассогласования между максимально допустимым и вычисленным значениями модуля скорости изменения измеренного уровня в пропиточном аппарате, блок 33 вычисления рассогласования между заданным и измеренным значениями концентрации остаточной щелочности в рециркулянте, блок 34 вычисления рассогласования между максимально допустимым и вычисленным значениями удельного расхода едкого натра. Блоки вычисления рассогласований связаны с регулирующими блоками 35 — 42 соответственно удельного расхода едкого натра, удельного расхода моносульфита, температуры в нижней части пропиточного аппарат, температуры рециркулянта, температуры пропиточного раствора за подогревателем 2, удельного расхода тепла с паром, уровня в аппарате и расхода рециркулянта. Датчик 10 уровня соединен с блоком 43 вычисления скорости изменения этого уровня, подключенным к блоку 44 определения модуля этой скорости и блоку 45 определения знака скорости изменения уровня в пропиточном аппарате. В блоке 46 определяется знак рассогласования между максимально допустимым и вычисленным значениями модуля скорости изменения уровня, в блоке 47 — знак рассогласования между заданным и измеренным значениями концентрации остаточной щелочности в рециркулянте, в блоке

48 — знак рассогласования между максимально допустимым и вычисленным

5 1501008 значениями удельного расхода едко-, го натра. Система содержит блоки 4951 (52) вычисления корректирующих воздействий на изменение заданных значений соответственно удельного 5 где Снаон G н за расход" раствор йаон . IVa>90 химикатов, л/мин;

10 С„„,С м 90 — концентрации растйаОК Ма г 9о.г воров химикатов, г/л.

На регулирующие блоки 35 и 36 поступают сигналы с блоков 18, 19 и за15 датчиков 26 и 27 удельных расходов едкого натра и моносульфита. Управляющие сигналы с выхода регулирующих блоков 35 и 36 через соответствующие преобразователи 65 и 64 поступают на

20 комплекты 73 и 72 регулирующих органов с исцолнительными механизмами, IycTaHoBzleHHbIMH на трубопроводах подачи в пропиточный аппарат 1 растворов едкого натра и моносульфита. Так про25 изводится регулирование удельных расходов химикатов, что в свою очередь способствует стабильности остаточной щелочности в рециркулянте, Сигнал с выхода блока 17 поступает на блок 53, 30 в котором вычисляется заданное значение расхода рециркулянта по следующей формуле:

С = С,„ К,, л/мин. (4) э где К вЂ” коэффициент пропорциональл/мин ности, т/сут

Сигналы с комплекта автоматического измерителя 5 расхода рециркулянта и блока 53 поступают на регулирующий блок 42, который формирует управляющий сигнал, поступающий через преобразователь 66 на комплект 70 регулирующего органа с исполнительным меха45 низмом установленным на трубопроводе рециркулянта.

Таким образом осуществляется регулирование расхода рециркулянта, что приводит к повышенной стабильности остаточной щелочности в нем. Сигнал с датчика 13 температуры в нижней части аппарата поступает на регулирующий блок 37. На вход блока 37 поступают также сигнал заданного значения температуры с эадатчика 22. Управляющий сигнал с блока 37 через преобразователь 60 поступает на комплект регулирующего органа с исполнительным механизмом 68, установленрасхода едкого натра, температуры рециркулянта при различных режимах работы и температуры в нижней части пропиточного аппарата; блок 53 вычисления заданного значения расхода рециркулянта, блоки 54, 55 логического управления, блоки 56, 57 логические типа И, блоки 58, 59 логические типа ИЛИ, преобразователи 60 — бб электропневматические, комплекты регулирующих органов 67 — 73 с пневматическими исполнительными механизма- ми типа ПСП-1 для изменения расходов соответственно пара, поступающего в подогреватель и пропиточный аппарат, рециркулянта, поступающего в бак моносульфита, рециркулянта, поступающего в подогреватель, воды, растворов моносульфита и едкого натра, поступающих в пропиточный аппарат через подогреватель. Все элементы системы управления, за исключением автоматических измерителей, датчиков преобразователей и комплектов регулирующих органов с исполнительными механизмами реализуются с помощью регулирующего микропроцессорного контроллера типа "Ремиконт Р-120".

Способ автоматического управления обработкой древесной щепы осуществляется следующим образом.

Сигналы с датчиков б, 7 поступают на блок 17, в котором вычисляется расход (т/сутки) воздушной-сухой щепы, поступающей в аппарат на пропитку, по следующей формуле: ()

b где f à — частота вращения питаю К щего шнека 1/с и ток нагруз ки электропривода шнека, А;

К вЂ” коэффициент пропорциот/сутки нальности, (1/с) Л

Сигналы с комплектов автоматических измерителей расходов растворов едкого натра и моносульфита, датчиков 14, 15 концентраций и сигнал с блока 17 поступают соответственно на блоки 18 и 19, в которь|х вычисляются удельные расходы q к — едкого натра и q „ — моносульфита по следуюаг Оэ щим формулам:

6 оксHaoK 1 ° 44

1я к (9к /т (2) яа Он

С 1,44

К«г90э йаг 909

Йа 90,кг/т (3) "агзоэ

- 150100840 ный на трубопроводе пара, поступающего в пропиточный аппарат.

Сигнал с датчика 12 температуры рециркулянта поступает на вход pery- 5 лирующего блока 38. На вход блока 38 поступает также сигнал заданного значения температуры с задатчика 30. Управляющий сигнал с блока 38 поступает на блок 32, являясь заданным значением температуры пропиточного раствора за подогревателем. Сигнал с датчика 11 температуры эа подогревателем поступает также на блок

Управляюций сигнал блока 39. форми-15 руется по цифровой модификации следующего аналогового алгоритма: эа эа о

+ — — I (e,-о,)a, с (5) 20

Т„ где 8 — номинальное значение упьа,о равляющего сигнала, т.е. задание по температуре эа подогревателем, С (с бло- 25 ка 38);

8>,8>- заданное (с блока 30) и измеренное (с блока 12) значения температур рециркулянта, С.

Сигнал с выхода блока 39 поступает на вход регулирующего блока 40, являясь заданным значением удельного расхода тепла, поступающего с паром на пропиточный узел.

Управляющий сигнал блока 39 фор35 мируется по цифровой модификации следующего а,пгоритма:, эа, 1; (8 — e) за,о где q — номинальное значение упп равляющего сигнала, т. е. задание по удельному расэа ходу тепла с паром;

8>,8 — заданное (с 39) и измерен45 ное (с 1) значения температур пропиточного раствора эа подогревателем, С. о

Сигналы с комплекта измерителя 9 давления пара, а также с задатчиков

24 и 25 поступают на блок 20, в ко50 тором вычисляется теплосодержание (знтальпия) пара по следующей формуле: .o ai о

+ (- — -) (P -Р) = 55

n n ар о и

ai„n о Bin — (— -="-) р + (— — -) ар a n ар со и и кДж (7) кг

„o где 1„- начальная знтальпия пара, кДж/кг; о

P „,,Р„ - начальное и измеренное давления пара, ИПа.

Сигналы с выходов блоков 20, 17 и комплекта автоматического измерите ля 8 расхода пара на пропиточный узел поступают на блок 21, в котором вы;числяется удельный расход тепла, поступающего с паром на пропиточный узел, по следующей формуле:

in Gи 24 кДж

Я (8)

n G т где Си — расход пара, кг/ч.

Сигнал с выхода блока 21 поступает на регулирующий блок 40, который формирует управляющий сигнал, поступающий в свою очередь через преобразователь 62 на комплект 67 регулирующего органа с исполнительным механизмом, установленный на трубопроводе подачи пара в подогреватель 2.

Непосредственное управление остаточной ц елочностью в рециркулянте осуществляется следующим образом.

Сигналы с датчика концентрации остаточной щелочности в рециркулянте и с эадатчика 29, формирующего заданное значение концентрации остаточной щелочности в рециркулянте, поступают на блок 33, в котором вычисляется рассогласование по следующей формуле: — С„, г/ эд (9) эд где С,,С, — заданное (с блока 29) и измеренного (с блока 16) значения концентрации остаточной щелочности, г/л.

Далее сигнал рассогласования с блока 33 поступает на блоки 49 — 52, в которых соответственно формируются корректирующие воздействия по следую— щим формулам:

Ьа ЛС Э1 1 1 и ан Р (к

Л

Ь1ао Ь Ч „.,„ д Ьа (10) т

Ьд 1С э1. 8 — .Ю

Э 8ь" ьа (к -к — 4--) %М,0 ВЬ q ",„NaOH

+ьа 6 4С ь о

@8 а «Ь-1 -----ОС (13) н K» gw+ К+ ьа

ОЗ и

1501008 коэффициенты приведенных ниже уравнений регрессии, полученных методом наименьших квадратов по статистическим данным эксплуатации пропиточного аппаданных .значений температур рециркулянта и в нижней части 20 аппарата; заданное зна» чение температуры пропиточного раствора .25 в нижней части о аппарата, С;

Вэ

9 где «1 н„онэ г/л/кг/т; г/л/ С; +, е„ рата;

+Эд !!М аО, 48„- изменения за3g 5f, о з Ч Каок Неон (16)

1 ою о еред

С э, о — свободные члены уравнений ! регрессий.

В связи с тем, что увеличение удельного расхода едкого натра приводит к ухудшению обезвоживающей способности древесной массы, получаемой путем размола пропитанной, а затем 40 отжатой древесной щепы, в систему введено ограничение по удельному расходу едкого натра.

На вход блока 34, рассчитывающего рассогласование между максимально

45 допустимым и вычисленным значениями удельного расхода едкого натра, поступают сигналы с блоков 31 и 18.

Рассогласование определяется следующим образом:

4 1gos С1 мок Ч „ок ° .кг/т (17) д Ч о",Ч„,к- . о„,„„

4 !1

Мок инок мое (с блока 31 ) и вычисленное значения 55 удельного расхода едкого натра, г/л.

В блоке 48 определяется знак этого рассогласования, а в блоке 47 знак рассогласования с блока 33 ° Сигналы с блоков 47 и 48 поступают на блок 55 логического управления, который управляет логическими блоками И

56, 57 и ИЛИ 58 и 59. При положительном знаке рассогласования hq о„ (с блока 48) и любом знаке рассогласо" вания с блока 47 или при отрицательных знаках обоих рассогласований блок

55 выдает управляющий сигнал. Вследствие этого логические блоки И 56, 57 пропускают корректирующие воздействия .с выходов блоков 49 и 50. Логические блоки ИЛИ 58, 59 в этом случае не пропускают корректирующих воздействий с блоков 51 и 52. При отрицательном знаке рассогласования я (с блока 48) и положительном знаке рассогласования с блока 47 происходит противоположное подключение корректирующих воздействий, т.е. срабатывают блоки 58 и 59. Уровень в пропиточном аппарате влияет на степень пропитки щепы, а следовательно, концентрация остаточной щелочности в рециркулянте, косвенно характеризующая степень пропитки щепы, будет изменяться при изменении уровня .

Для повышения точности стабилизации остаточной щелочности в рециркулянте необходимо повысить точность регулирования уровня в пропиточном аппарате. Это осуществляется следующим образом. Сигнал с комплекта автоматического измерителя 10 уровня поступает на регулиру.!щий блок 41.

Сюда же (на блок 41 2 поступает сигнал заданного значения уровня с задатчика 28. Управляющий сигнал с выхода блока 41 через преобразователь

63 поступает на комплект регулирующего органа с исполнительным механизмом 71, установленный на трубопроводе воды. Сигнал с комплекта 10 поступает также на блок 43, в котором вычисляется скорость изменения уровня.

Сигнал с выхода блока 43 поступает на блоки 44 и 45, в которых определяются соответственно модуль И и знак скорости изменения уровня. Сигнал, пропорциональный модулю скорости, и сигнал максимально допустимой скорости с задатчика 23 поступают на блок

32, в котором вычисляется их рассогласование. Выход блока 32 поступает на блок 46, в котором определяется знак этого рассогласования. Знаки вышеуказанного рассогласования и ско!

50!008!

20 рости изменения уровня поступают на блок 54 логического управления, выход которого через преобразователь 61 поступает на комплект регулирующего органа с исполнительным механизмом 69, установленный на трубопроводе сброса рециркулянта в бак моносульфита.

Если знак с блока 46 рассогласования положительный при любом знаке с блока 45 скорости или отрицательный при отрицательном знаке скорости с блока 45, то регулирун>щий клапан 69 на сбросе рециркулянта в бак моносульфита закрыт. При отрицательном знаке с блока 46 рассогласования и положительном — с блока 45 скорости регулирующий клапан 69 на сбросе рециркулянта в бак моносульфита откры— вается.

Наличие многоконтурного управления тепловым режимом пропиточного узла 1 обеспечивает повышение точности стабилизации теплового режима пропитки в различных зонах и дает снижение расхода пара. Наличие корректирующих воздействий (с блока 49) на изменение заданных значений удельного расхода пара, температуры (с блоков 50, 5!) рециркулянта и температуры ;с блока 52) в нижней части котла по отклонению концентрации (с блока 16) остаточной щелочности в рециркулянте, учет величины и знака скорости изменения уровня (с датчика 10) для его регулирования обеспечивают стабилизацию остаточной щелочности при изменении физико-химических свойств поступающей щепы, что, в свою очередь, обеспечивает требования регламента по пропитке и в дальнейшем при размоле .щепы — заданные показатели древесной массы при уменьшении расхода энергии.

Воэможность переключения (блоков

55 — 59 ) корректирующих воздействий в зависимости от удельного расхода едкого натра повышает обеэвоживающую способность древесной массы, что в свою очередь позволяет обеспечить требуемую влажность картона на КДИ и снизить расход едкого натра.

Формула изобрете>!ия

Способ автоматического управления обработкой древесной щепы в пропиточном аппарате путем изменения расходов едкого натра и моносульфита, посту25

55 пающих в аппарат, измерения температуры пропиточного раствора после подогревателя, изменения расхода пара в подогреватель, регулирования расхода рециркулянта в зависимости от величины рассогласования между заданным и измеренным значениями его расхода и регулирования уровня в пропиточном аппарате в зависимости от величины рассогласования между заданным и измеренным его значениями, изменением расхода воды, поступающей в ап— парат, и расхода рециркулянта, поступающего в бак моносульфита, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта эа счет стабилизации теплового режима и остаточной щелочности в рециркулянте, дополнительно измеряют частоту вращения и нагрузку питающего шнека аппарата, по которому определяют расход воздушно-сухой щепы, расход и давление пара на входе в пропиточный аппарат, температуру рециркулянта, температуру пропиточного раст-, вора в нижней части аппарата, концентрацию растворов едкого натра и моносульфита на входе в аппарат и концентрацию остаточной щелочности в рециркулянте, вычисляют удельный расход моносульфита по его расходу, концентрации и расходу воздушно-сухой щепы и по величине рассогласова— ния между вычисленным и заданным значениями регулируют расход раствора моносульфита в аппарат, вычисляют удельный расход едкого натра по его расходу, концентрации и расходу воздушно-сухой щепы, определяют величину и знак рассогласования между мак— симально допустимым и вычисленным удельным расходом, вычисляют удельньпЪ расход тепла по расходу воздушно— сухой щепы, расходу пара и его давле— нию, определяют величину и знак рассогласования между заданным и измеренным значениями концентрации остаточной щелочности в рециркулянте, вычисляют скорость изменения уровня в аппарате, знак этой скорости и значение его модуля, которое сравнивают с заданным значением модуля, опреде— ляют знак рассогласования и при отрицательном знаке рассогласования модуля и положительном знаке скорости изменения уровня в аппарате осуществляют сброс рециркулянта в бак моносульфита„ а регулирование расхода рецир1501OOS

l4 кулянта осуществляют по величине рассогласования между измеренным расходом и заданным, в качестве которого используют величину, пропорциональную рассчитанному значению расхода воздушно-сухой щепы, при этом регулирование расхода раствора едкого натра осуществляют по величине рассогласования текущего значения удельного расхода едкого натра и заданного значения, скорректированного по величине рассогласования концентрации остаточной щелочности, отрицательному знаку этого рассогласования и любому знаку рассогласования величин удельного расхода едкого натра, регулирование расхода пара в подогреватель осуществляют в зависимости от величины рассогласования текущего значения удельного расхода тепла и заданного, пропорционального температуре пропиточного раствора за подогревателем, величины рассогласования температуры рециркулянта, скорректированной по величине рассогласования концентрации остаточной щелочности, отрицательному знаку этого рассогласования и любому знаку рассогласования между заданным и текущим значениями удельного расхода едкого натра, а по величине paclp согласования между текущим и заданным значениями концентрации остаточной щелочности в рециркулянте при положительном знаке рассогласования этой концентрации и отрицательном знаке рассогласования удельного расхода едкого натра регулируют расход пара в подогреватель и корректируют заданное значение температуры пропиточного раствора в нижней части аппа2О рата, которое сравнивают с текущим значением этой температуры, и по величине рассогласования регулируют расход пара в пропиточный аппарат.

1501008

Составитель Н.Романникова

Редактор А.Маковская Техред M.ÄèäûK Корректор T..Малец

Заказ 4866/43 Тираж 788 7!одписное

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