Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипящим слоем катализатора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9) (11) 51) 4 В 01,1 8/18, С 17 76, 5 05 О 21 ПО ВСЕ).ОВВИТ 111 И "ЮЮиИБр)1 О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Уфимский нефтяной институт(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГУСКА АППАРАТА С КИПЯЩИМ СЛОЕМ КАТА:ИЗАТОРА(57) Изобретение относится к автоматизации пусковых процессов химико-технологических систем, в частности производства серной кислоты, может быть использовано в химической промыщленности и позволяет интенсифицировать процесс пуска и снизить потери топлива и сырья. Схема содержит аппарат 1, вычислительный блок 3, датчики (Д) 4 5 и 6 расхода соответственно сырья топлива и дутья, блок (Б) 7 сравнения, Д 8 концентрации диокспя серы в обжиговом газе, Д 9 температуры в слое катализатора, Б 10 сравнения, функциональные блоки 11, 12 и3, регуляторы 14, 15 и 16, логические блоки 7 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, изме. ренного 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.10 иок еры,1пли ена при следую ю формулу для о 0 Сд+ Ст. Изме- которого раторный значению тво серы позволяма реак- образуюдиоксида Для этого ветствени дутья. этих датй блок 3.еляющийблоке 3 Изобретение относится к автоматизациипусковых процессов химико-технологическихсистем, в частности производства сернойкислоты, и может быть использовано в химической промышленности.Цель изобретения - интенсификацияпроцесса пуска и снижение потерь топливаи сырья.На чертеже приведена схема реализациипредлагаемого 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 концентрациидиоксида серы в обжиговом газе, датчик 9температуры в слое катализатора, блок 10сравнения, функциональные блоки 11 - 13,регуляторы 14 - 16, логические блоки 17 и 18и регулирующие органы 19 - 21.Способ осуществляют следующим образом.В аппарат 1 подают дутье для ожиженияматериала слоя и обжига колчедана, топливо на сжигание для поддержания аппарата в разогретом состоянии и колчеданна обжиг.Пусковой процесс вывода аппарата на рабочий режим осуществляют по заданномутемпературному 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 возмущенияв частности возникающие в псевдоожиженном слое гидродинамические неоднородности,колебания физико-химических характеристикдутья, колчедана и топлива, нестационарность термодинамических параметров аппарата, Под действием этих возмущений впериод времени О, т выполнения пускового процесса имеют место отклонения температуры Т (1) материала слоя от заданного профиля Т (1), 1 Е 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 форму- ле 22,лБк С (1Ф- концентрация д сида соб. доли;5 к - содержание серы в колчедане,вес, доли;6 - расход колчедана, кг/ч6: и б. - расходы дутья и то ва,м"/чФормула (1) вывед щихдопущениях.1. Реакция обжига колчедана протекаетпо общеизвестному механизму4 Ге.г+110 г 2 ГегОз+880 г,2. Сера колчедана выгорает полностью.Значение расчетной концентрации находим как отношение содержания 6диоксида серы в обжиговом газе к общемурасходу б обжигового газа, т.е.Ср=б,о, /С.Выведем расчетну ределения С.Для этого вначале найдем С. На входаппарата подается дутье (79 Хг и 21 % Ог)и топливо (природный газ в смеси с воздухом), расходы которых измеряются. С учетом образования диоксида серы по принятому механизму реакции расход обжиговогогаза на выходе аппарата равен Сг= О 79 Сд+ - 0,21 Сп+ Ст= Ор 98ф 11где 6 в расход дутья.Теперь определим величину 6ряют подачу колчедана б, дляизвестно содержание серы 8(лабоанализ партии колчедана) . Повеличин С; и Ь, находим количе6, сгораемой в аппарате:6, =б 8.Наконец, значение величины бет на, основе принятого механизции обжига определить количествощегося диоксида серы:(.1 = ---- 22,4=- -исавРассчитывают концентрациюсеры в вычислительном блоке 3.датчиками 4, 5 и 6 измеряют соотно расходы колчедана, топливаСигналы 6., 6. и бд с выходачиков направляют в вычислительньТуда же подают сигнал Я, опредсодержание серы в колчедане. В1 О 15 20 30 40 45 50 55 по формуле ( ) 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 р и , 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 формируйт логическую переменную р по формуле:1, если Ср )С)и О, если Ср(С), %е ГО,Ч;.1,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 . В блоке 10 сравнивают измеренную температуру материала слоя со значением заданного профиля и формируют логическую переменную "- по формуле:1, если Т ) Т,;О, если Т "Т, 6 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 (р= ). В такой ситуации для приведения процесса к заданной программе увеличивают подачу дутья. Увеличение расхода дутья является фактором для снижения 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 Т ( ) от Т, одновременно с увеличением подачи дутья уменьшают подачу топлива. При отклонении температуры материала слоя ниже заданного профиля (-;=0) нарушение хода пускового процесса исправляют за счет изменения подачи колчедана. Здесь возможны две ситуации. Первая возникает при превышении расчетного значения концентрации диоксида серы, измеренного (р=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 (р=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=1). 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 (тпо формуле: 1, если (р=1) Л (с=1), 1 О,т);(р=1 Л=О).Сигналнаправляют на вход функционального блока 11, на который подают также следующие сигналы: Т - температура материала с выхода датчика 9; Т и Т - начальное и конечное значения темкипературного профиля; 6. - значение расхода топлива в начальный момент времени; Сп - максимальная скорость изменения расхода топлива. В те моменты времени пускового процесса, когда происходит превышение температуры материала заданного температурного профиля (т=1), задание по расходу топлива уменьшают в блоке 11 по формуле 3 " Гк - Т1;-В общем случае корректировка величины 6", может быть значительной. Выставлять- 1)( )эЭт ("х 1 к б",(1 н - задание по расходутоплива в моментывремени 1. и 1-;- значение расхода топлива в начальный момент пуска.ируют расход топлива регуляля этого на вход регулятора 2 О ал б. от датчика 5 расхода кже сигнал бт", В регуляторе 16 и бт сравнивают и по вевнения формируют, например ну сигнал У 1, который подают ющий орган 19, и стабилизитоплива. т(1" Стабилизтором 16. Лподают сигнтоплива, а тасигналы 6.личине срапо ПИ-закона регулируруют расходЗадание регухода дутья корном блоке 12,сигналс вьсигцал Лбк. Взадание б попо формуле лятору 15 стаб ректируют в на вход кот хода блока функциональ расходу дуть илизации расфункциональ рого подают 1 О, а также ом блоке 12 я определяют бд(1) =Од(11)+АЛО, к=1, 2, 3где бд(1 к) и 6(1-1) - задания по расходудутья в моменты времени 1 и 1-;Лб - постоянная величина,которую устанавливают опытным или расчетным путем. Сигнал б подают на вход регулятора 15, на другой вход которого подают сигнал бд от датчика 6 расхода дутья. В регуляторе 15 сигналы б и б сравнивают и по величине сравнения формируют, например по ПИ-закону, сигнал У 2 и подают его на регулирующий орган 20, которым стабилизируют расход дутья.В тех случаях, когда имеет место отклонение температуры материала ниже заданного профиля Я=О), возможны ситу ции, когда расход колчедана в аппар либо избыточный (р= 1), либо недостаточный (р=О). При р= 1 необходимо уменьшить расход колчедана в аппарат, а при р=О - увеличить.Для реализации этого алгоритма уп ления в блоке 18 по логическим п менным р иформируют переменную формуле: а- ат рав ере- по такое задание регулятору 16 стабилизации расхода топлива недопустимо, ибо отработка такого задания может привести к срыву факела гоелок сжигания топлива. Поэтому задание 6 отрабатывают плавно, для чего на выходе блока 11 формируют сигнал по формуле:С(С) = ма)-, если Я=О) Л (р=1)О, если =1, (Е 0, т 1. На вход блока 13 подают сигна Лби формируют на выходе сигн который подают в качестве задания н регулятора 14 стабилизации расхода дана. Форм ируют сигнал б по ф л 1 иал ба входколчеормуле б,(1=(зк(1-1 +ФЛбк, к=1, 2, 3, (1) и б,(1-) - задания по колчеданй в времени 1 красходу моменты и 1-1; еличина, навлива(расчет - постоянная вкоторую уста ют опытным ным) путем. рмула изобретения Способ автоматического управления процессом пуска аппарата с кипяш,им слоем 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, отличаюи 1 ийея 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 серы в обжиговом газе, сравнивают с заданной периодичностью вычисленное значение концентрации диоксида серы в обжиговом газе с текущим измеренным значением Из этой формулы следует, что при значении переменной ц= 1 происходит увеличение, а при ив 1 уменьшение задания по расходу колчедана. Сигнал б подают на вход регулятора 14 стабилизации расхода колчедана. На другой вход регулятора подают сигнал С от датчика 4 расхода колчедана. В регуляторе 14 сигналы б и 6. сравнивают и по величине сравнения формируют, например по ПИ-закону, сигнал У, 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. ОгалжановРедактор М. Петрова Техред И. Верес Корректор М. ВасильеваЗаказ 2938 Тираж 487 11 однисноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь.тая нрн ГКНТ ССС 1 з13035, Москва, Ж - 35, Раугвская наб л. 4 5Производственно-излательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 О 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 этойконцентрации, 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.