Способ автоматического управления процессом активации гранулированных углеродсодержащих материалов во вращающейся печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17369 А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ У ледовательский углеродных соро СССР 1975. о СССРО, 1984. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АКТИВАЦИИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к автоматизации процессов термической обработки углеродсодержащих материалов и может быть использовано для автоматизации процесса парогазовой активации углеродсодержащих материалов в производстве гранулированных и дробленых активных углей и позволяет увеличить выход качественного продукта эа счет стабилизации его качества. Способ автоматического управления процессом активации гранулированных уг-. леродсодержащих материалов во вращающейся печи заключается в регулировании подачи активирующего агента в печь в зависимости от насыпной плотности готового продукта, регулировании подачи пара в печь, соотношения расходов топлива и воз 51)з С 01 В 31/10, Р 27 О 19/ духа в печь изменением подачи воздуха, загрузки исходного материала в печь, частоты вращения барабана печи, температурного режима в начальной и центральной частях барабана печи, регулирования разрежения в печи изменением расхода отходящих газов и регулировании в заданном диапазоне температурного режима в начальной и центральной частях барабана печи в зависимости от асной плотности Готового продукта, при этом температурный режим в начальной части барабана печи регулируют изменением подачи топлива.в печь, а температурный режим в центральной части барабана печи - изменением величины разрежения в печи, при достижении заданного граничного значения которого изменяют соотношение расходов топлива и воздуха в печь, при 3 достижении заданного граничного значения этого соотношения изменяют. подачу пара в печь, регулирование подачи активирующего агента осуществляют до достиже- .ния величины соотношения загрузки исходного материала и частоты. вращения барабана печи заданного минимального значения, а при достижении расхода акти-вирующего агента заданного максимально-.го значения изменяют частоту вращения барабана печи, загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соотношения загрузки исходного материала и частоты вращения барабана печи 1 ил., (Л 1 табл.Изобретение относится к автоматизации процессов термической обработки углеродсодержащих материалов и может бытьиспользовано для автоматизации процессапарогазовой активации углеродсодержа-.щих материалов в производстве гранулированных и дробленых активных углей..Известен. способ управления процессом термической обработки зернистого материала во вращающейся печи путемрегулирования частоты вращения барабанапо отключению насыпной плотности материала от заданного значения.Однако такой способ управления не может обеспечить достаточного воздействияна параметр насыпной плотности продукта,что приводит. к снижению выхода качественного продукта.Наиболее близким к предлагаемому является способ управления, реализуемый спомощью устройства для управления процессом активации зернистого материала вовращающейся печи, Устройство реализуетспособ комбинированного воздействия напараметры процесса по отклонению насыпной плотности от заданного значения. Приэтом в заданной последовательности изме няются расход активирующего агента и частота вращения барабана.Однако известный способ управленияне обеспечивает для данного процесса точности поддержания насыпной плотностипродукта на заданном уровне, так как неиспользуются наиболее существенные управляющие воздействия, а именно температура процесса и величина загрузкиисходного материала, что также приводит кснижению выхода продукта требуемого качества,Целью изобретения является увеличения выхода качественного продукта за счетстабилизации его качества путем расширения диапазона управляющих воздействий иповыеения точности регулирования,Поставленная цель достигается тем, чтопо величине насыпной плотности готовогопродукта регулируется в заданном диапазоне температурный режим в начальной и центральной частях барабана печи, при этомтемпературный режим в начальной частибарабана печи регулируют изменением подачи топлива в печь, а температурный режимв центральной части барабана печи регули.руют изменением величины разрежения впечи, при достижении заданного граничного значения которого изменяют соотношение расходов.топливз и воздуха в печь, придостижении заданного граничного значения этого соотношения изменяют подачупврз в печь. Регулирование расхода активи(2) рующего агента осуществляют до достиже-.ния величины соотношения загрузки исходного материала и частоты вращения барабана печи заданного минимального 5 значения, а при достижении расхода активирующего агента заданного максимального значения изменяют частоту вращения барабана печи, загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соот ношения исходного материала частотывращения барабана печи.С целью анализа эффективности ивзаимосвязи регулирующих воздействий проведена серия планированных экспери 1 б ментор Яробные фэкторные экспериментытипов 2 и 3 2, а также полный факторный эксперимент) и исследованы полиноминальные модели, описывающие зависи мость насыпной плотности от режимных 20 параметров процесса при разных вариациях факторов;у - 578-10,2 Х 1-27,6 Х 2+60,5 Хз++ О,ЗЗХЗХ 4-0,055 Х 2 Х 4; (3)где у - насыпная плотность продукта;30 Х 1 - расход активирующего агента;Х 2 - температура по длине барзбана, Хз - загрузка исходного материала;Х 4 - частота вращения барабана печи.Модели (1) и (2) рассчитаны по методу 35 наименьших квадратов (МНК) и включаютзначения переменных в кодированном виде относительно центра плана. Модель (3) рассчитана по методу группового учета аргу-.ментов (МГУА) и включает значения 40 переменных в натуральном выражении.Анализ моделей показывает, что независимо от диапазона варьирования переменных и вида модели влияние таких факторов, как расход эктивирующего агента и частоты 45 вращения барабана значительно меньше,чем влияние от изменения температурного режима и загрузки исходного материала в барабан. Однако общий вид моделей и их статистическая обработка на значитель ность коэФфициентов показывает, что дляуправления процессом нельзя игнорировать все указанные факторы (Х 1, Хг. Хз, Х 4),Предлагаемая последовательность на.снесения управляющих воздействий при от клонении насыпной плотности от заданногозначения осуществляется следующим образом. Сначала используют те иэ них, которые не оказывают существенного влияния на производительность аппарата, и только затем, если исчерпан допустимый диапазонпо развитию пористой структуры материала 55 иисключение возможных перегрузок аппарата.з Все это позволяет расширить диапазон регулированиячто приводит к повышению точности управления, стабилизации качестизменения этих регулирующих воздействий, как исключительное средство корректируется загрузка исходного материала в барабан. Кроме того, при регулировании температурного режима в барабан печи должно быть выдержано условие равномерного распределения температуры по длине барабана, что выполняется с помощью комбинированного воздействия на температуру в начальной зоне барабана и в средней его части. Так как на температуру в начальной зоне барабана влияет расход топлива и загрузка исходного материала, то в качестве регулирующего воздействия используется расход топлива. На температуру в средней части барабана действует множество возмущений и, как подтверждено экспериментально, наиболее существенными управляющими воздействиями длякомпенсации возмущений и уменьшенияотклонения температуры от заданного значения являются скорость потока греющих газов по длине барабана, их количество и теплоемкость, С целью повышения точности рЕгулирования температуры в средней части барабана и расширение диапазона регулирующего воздействия при отклонении температуры от заданного значения сначала корректируют задание регуляторуразрежения в топке, затем.измеряют соотношение топлива и воздуха на горение и таким образом регулируют скорость и величину потока греющих газов. Если диапаэон изменения этих регулирующих воздействий исчерпан, регулируют расход пара в выходную часть топочной камеры с целью изменения теплоемкости потока греющих газов. Однако температурный режим можно регулировать только в определенных пределах,вне которых следует использовать другие управляющие воздействия. Такими воздействиями могут быть варьирование частоты вращения барабана и загрузки исходного материала. Загрузку исходного материалакорректируют в последнюю очередь, когдаисчерпаны все средства воздействия на параметр насыпной плотностиВведение количественных соотношений между загрузкой исходного материала и нижнимпределом регулирования расхода активирующего агента, а также между загрузкой и частотой вращения барабана обеспечивает проведение технологического процесса в границах протекания химических реакций 5 10 15202530404550 ва готового продукта, увеличению выхода качественного продукта,На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ.Принципиальная схема включает вращающуюся печь 1, дозирующее устройство 2 с задатчиком 3, датчики 41, 42 температуры в барабане печи, датчики расхода топлива 5, воздуха 6, пара на разбавление топочных, газов 7, активирующего агента 8, датчик 9 насыпной плотности готового продукта, регуляторы температуры в начальной зоне барабана 10 и в центральной части барабана 11, регулятор 12 расхода топлива, регулятор 13 соотношения топлива и воздуха, регулятор 17 разрежения, регулятор 29 расхода пара на разбавление топочных газов, регу.лятор 30 насыпной плотности, регулятор 35 частоты вращения барабана, регулятор 43 расхода активирующего агента, устройство 37 соотношения сигналов, задатчики 16, 18, 25, 28, 33, 41, сумматоры 19, 21, 22; устройства 15, 24, 32, 36, 39 масштабирования сигналов; устройства 14, 20, 23, 26, 27, 31, 34, 38, 42 ограничения сигналов.Способ автоматического управления осуществляют следующим образом.Исходный материал поступает во вращающуюся печь 1 через доэирующее устройство 2, задание которому первоначально устанавливается задатчиком Э. Температурный режим контролируется датчиками 41 и 42 температуры, подключенными к регуляторам 10 и 11. Задание регуляторам 10 и 11 изначально устанавливается эадатчиком 18 и окончательно формируется в сумматоре 19 с ограничением диапазона в устройстве 20. Регулятор 10 температуры в начальной зоне барабана при отклонении от заданного значения формирует управляющее воздействие в качестве задания регулятору 12 расхода топлива. Регулятор 11 температуры в средней части барабана при отклонении от заданного значения формирует комплексное управляющее воздействие, Выходной сигнал регулятора 11, пока его значение не превысит порог ограничения, установленный в устройстве 14, через согласующее масштабное устройство 15 и задатчик 16 корректирует задание регулятору 17 разрежения, тем самым регулируя отток тепла из начальной эоны барабана в среднюю его часть, Если значение выходного сигнала регулятора 11 превышает пороговое значение, устройства 14 ограничения, то в сумматоре 21, плюсовой вход которого подключен к входу ограничителя 14, а минусовой вход к выходу ограничителя 14, начинает формироваться сигнал, который через устройство 23 ограничения и согласующее устройство по 173692510 15 20 30 35 40 45 50 55 ступает в эадатчик 25, где корректируется сигнал задания регулятора 13 соотношения топлива и воздуха, Таким образом в пределах ограничений, определяемых устройством 23 ограничения сигналов, изменяется величина газового потока, аследовательно, и его скорость по барабану вращающейся печи, При большей скорости газового потока интенсифицируется теплообмен между газовой средой, обрабатываемым материалом и корпусом барабана. Если. указанные управляющие воздействия не устранили рассогласование между сигналами датчика 42 температур и устройства 20, то после того, как сигнал на выходе устройства 23 ограничения достигает насыщения, на выходе сумматора 22 по аналогии с работой сумматора 21 начинает формироваться корректирующий сигнал, который через согласующее устройство 27 изменяет в устройстве 28 уровень задания регулятора 29 расхода пара, Изменение расхода парэ на вход барабана аффективно влияет на изме- . нение температурного режима, причем при увеличении расхода пара температура в на чальной зоне уменьшается, а в средней части увеличивается. По сравнению с воздухом пар имеет большую удельную теплоемкость, поэтому является эффективным транспортировщиком тепла из камеры сгорания в центральную часть барабана, Кроме того, невозможность регулировать соотно-шение топлива и воздуха с большим коэффициентом избытка воздуха из-эа чрезмерного увеличения содержания кислорода в газовой среде в начальной зоне барабана негативно сказывается на эффективности процесса активации, а также повышается степень пожароопасности процесса. Насыпная плотность готового продукта измеряется датчиком 9 и регулируется устройством 30, причем регулирующий сигнал делится на два поддиапазона с помощью ограничительных устройств 31 и 38. В первом поддизпазоне выходной сигнал регулятора 30 ограничивается по максимуму в устройстве 38 и через согласующие устройства 39 и 40 поступает в устройство 19 и 41 формирования задающих сигналов соответственно регуляторам 10 и 11 температурного режима и регулятору 43 расхода зктивирующего агента. Причем сигнал задания регулятору 43 активирующего агента устанавливается в рамках ограничения по минимуму в устройстве 42, а уровень ограйичения формируется.в устройстве 37 сотношения сигналов загрузки исходного материала в барабан и частоты вращения барабана, Второй поддизпззон выходного сигнала регулятора 30 определяется устройством 31. ограничения на входе которого начинает применяться сигнал, как только сигнал в устройстве 38 войдет в зону ограничения. В этом случае выходной сигнал устройства 31 через согласующее устройство 36 изменяет задание дозирующему устройству 2, а через согласующее устройство 32 корректирует сигнал задатчика 33 для регулятора 35 частоты вращения барабана,Таким образом автоматический процессвходит в область такой производительности аппарата, при которой обеспечивается заданное качество готового продукта в области допустимых значений параметровтехнологического режима.П р и м е р. При увеличении, например, насыпной плотности сверх заданного значения на выходе устройства 38 ограничения появляется сигнал, который через согласующее устройство 39 увеличивает уровень задания регуляторам 10 и 11 температурногорежима во вращающейся печи и одновременно через согласующее устройство 40 увеличивает уровень задания регулятору 43 расхода активирующего агента. Регулятор 10 температуры в начальной зоне увеличивает задание регулятору 12 расхода топливадля устранения рассогласования между сигналами датчика 41 и устройства 20. Регулятор 11 температуры в средней части барабана вначале увеличивает уровень задания регулятору 17 разрежения, который увеличивает скорость протяжки газов по барабану и вынос тепла из начальной эоны барабана в его центральную часть. После того, как выходной сигнал устройства 14 достиг установленного ограничения на выходе сумматора 21 появляется сигнал, который через согласующее устройство 24 изменяет установку регулятора 13 соотношения топлива и воздуха, увеличивая коэффициент избытка воздуха. Тем самым увеличивается общий объем теплоносителя, поступающего из зоны топочной камеры в барабан. Так как разрежение на входе в барабан стабилиэирован автоматически, то при большем объеме теплоносителя увеличивается скорость его протяжки и передача тепла в центральную часть аппарата, Если и после этого температура в средней части не соответствует заданному значению, то появляется. сигнал на выходе сумматора 22 и через согласующее устройство 27 увеличивается задание регулятору 29 расхода пара на разбавление топочных газов. Если комплексное увеличение температуры и расхода активирующего агента не устранило рассогласования между сигналами датчика 9 насыпной плотности и задзтчикз, что появляется сигнал на выходе устройства 31 ограничения, который череэ согласующие устройства 32 и 36 уменьшает частоту вращения барабана и заданиедозирующему устройству 2. Одновременночерез устройство 37 корректируется нижний предел ограничения для задающего устройства 42 регулятора 32 расходаактивирующего агента. Уменьшение частоты вращения и загрузки исходного. материала приводит к уменьшению степенизаполнения барабана и к интенсификации 10процесса активации, в результате которогонасыпная плотность готового продукта при, ходит к заданному значению.При использовании предлагаемого способа управления процессом активации углеродсодержащих материалов увеличиваетсявыход готового продукта, стабилизируетсякачество активированных материалов засчет повышения точности управления прирасширенном диапазоне управляющих воздействий, Кроме того, расширенный диапазон управляющих воздействий позволяетдостичь заданного качества готового продукта при повышенной производительно.сти алпарата. Расчет, например, по 25полиноминальной модели (1) показывает,что одно и то же значение насыпной плотности можно поддерживать при увеличеннойзагрузке материала в барабан, но и при повышенной температуре по всей длине аппарата. А для этого необходим расширенныйдиапазон управляющих воздействий,Экспериментальное опробование способа автоматического управления процес сом активации показало, что регулируемое значение насыпной плотности отличалось от заданного не более чем на 3, что удов летворяет требованиям классификации продукта на марки определенного .качества. 40 Например, гранулирозанный активный рекуперационный уголь в зависимости от показателей (по ГОСТ 8703-74), одним из которых является насыпная плотность, подразделяется на марки следующим образом 45 (см. таблицу). Формула изобретения Способ автоматического. управления процессом активации гранулированных углеродсодержащих материалов во вращающейся печи, включающий регулирование подачи.активирующего агента в печь в зависимости от насыпной плотности готового продукта, регулирование подачи пара в печь, соотношения расходов топлива и воздуха в печь изменением подачи воздуха, загрузки исходного материала в печь, частоты вращения барабана печи, температурного режима в начальной и центральной частях барабана печи и регулирования разрежения в печи изменением расхода отходящих га-. зов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода .готового продукта за счет стабилизации его качества, дополнительно регулируют в заданном диапазоне температурный режим в начальной и центральной частях барабана печи в зависимости от насыпной плотности готового продукта, при этом температурный режим в нацэльной части барабана печи регулируют изменением показ,н топлива в печь, а температурный р;"мц в центральной части барабана печи - 1 снением величины разрежения в печи, при достижении заданного граничного значения кот,рого иэменяютсо- . отношение расходов топлива и1 эдуха в печь, при достижении заданного граничного значения этого соотношения изменяют подачу пара в печь, регулирование подачи активирующего агента осуществляют до достижения величиной соотношения загрузки исходного материала и частоты вращения барабана .печи заданного минимального значения, а при достижении величиной расхода активирующего агента заданного максимального значения . изменяют частоту вращения барабана печи, загрузку исходного материала и заданное минимальное значение соотношения загрузки исходного материала и частоты вращения барабана печи.1736925 Редактор Т. Лааоренко Корректор Э, Лончак роиз Заказ 1866 ВНИИПИ Составитель Г, КротковТехред М.Моргентал Тираж Подписноеврствонного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская нвб 4/5 анно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 301