Способ автоматического управления процессом получения сернистого газа

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл з С 01 В 17/54 С 05 Р 27/00 Государственнмй комятет СССР по аелам нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 2 31031 В.Е.Мартыненко, В.И.Пинский, В,К.Тарасенко,А.С.Шаляхин, В,И.Борэунов, В.А,федосенко и В.А.Соловей(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО ГАЗА Изобретение относится к способам автоматического управления процессом получения сернистого газа и может быть использованов химической и5 других отраслях промышленности.Известен способ автоматического управления процессом получения сернистого газа, предусматривающий одновременное регулирование концентра- и) ции сернистого ангидрида в печном газе изменением подачи сырья и тем" пературы газа, изменением подачи воздуха в печь (1).Однако способ имеет низкую устойчивость системы управления, обусловленную тесной взаимосвязью регулируемых величин,Известен также способ автоматического управления, предусматривающий стабилизацию концентрации сернистого ф газа путем поддержания постоянной температуры газа изменением подачи колчедана в печь и стабилизацию подачи воздуха в печь 12.Недостатком данного способа является низкая статическая точность стабилизации концентрации сернистого газа, обусловленная неоднозначностью связи между концентрацией и температурой газа.30 Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором стабилизация концентрации сернистого ангидрида .в газе осуществляется путем изменения подачи колчедана в печь по измеренной с помощью автоматического газоанализатора концентрации газа и стабилизации подачи воздуха в. печь 3). Общим недостатком всех известных способов является то, что при уйравлении процессом с их использованием не достигается максимальная степень сгорания серы в печи, что приводит к увеличению проскоков несгоревшей серы и, как следствие, к снижению выхода продукта, увеличению расходных коэффициентов по сырью, увеличению затрат на ремонт оборудования. Для максимизации степени сгорания сырья необходимо поддерживать расход воздуха в печь не на постоянном значении, как в приведенных способах, а на оптимальном значении, зависящем от общего расхода воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого газа в печном газе и максимально допустимого значения температуры в печи.(8)ЧпьсО,24 ЧВ2 ООЧпвс+Ч в К-ВЭ 1,692 ех - -. (8)4311,29 игл 27 Э где 0,248 0,318 ВИ2213 312 0,358 0,0021 21,964Рвс 64Мво С зоа (4)6 44,8 Х к б Э 9 Вычислительный прбцесс определения Ч = (Э) 8 й 64 65 оптимального расхода воздуха в печьЦель изобретения - максимизация степени сгорания серы в печи, увеличение выхода продукта, снижение расходных коэффициентов по сырью, снижение затрат на ремонт оборудования.5Поставленная цель достигается тем, что расход воздуха в печь изменяют в зависимости от общего расхода воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого ангидрида в газе после печного агрегата и максимально допустимого значения температуры в печи.При определении оптимального значения расхода воздуха в печь учитывают также ограничение на тем" пературу в печи, верхний предел которой зависит от материала и состояния футеровки.На фиг. 1 представлена функциональная схема автоматической системы 20 управления; на фиг. 2 - блок-схема алгоритма управления.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит печной агрегат 1, первичный измерительный преобразователь 2 общего расхода воздуха, измерительный элемент 3 общего расхода воздуха с дистанционной передачей, вторичный прибор 4 измерителя общего расхода воздуха, первичный измерительный преобразователь 5 расхода воздуха в печь, измерительный элемент 6 расхода воздуха в печь с дистанционной передачей, регулирующий прибор 7 измерителя расхода воздуха в печь, измеритель 8 концентрации сернистого ангидрида в печном газе с дистанционной передачей, регулирующий прибор 9 гаэоанализатора, задатчик 10 концентрации сернистого ангидрида, задатчик 11 максимально допус тимой температуры в печи, управляющую вычислительную машину 12, исполнительный механизм 13 изменения подачи жидкой серы в печь, исполнительный механизм 14 для изменения рас хода воздуха в печь.Управляющая вычислительная машина 12 определяет оптимальное значение расхода воздуха в печь по алгоритму, блок-схема которого представ лена на фиг. 2, Алгоритм построен на основе математического описания циклонной печи, представляющего собой следующую систему уравнений материального и теплового балансов и уравнений кинетики Ц.О,)(0,248095 ФОЮЬч. Ф, л 22 О 01 ьх).МПВО-Х) 60О (2) Г а расход жидкой серы в печь, кг/ч 1общий расход воздуха, м /чуконцентрация 02 в газе после печного агрегата, доли по объему;степень сгорания серы в печи 1температура печного газа ОСдоля потерь тепла в окружающую среду; теплоемкость жидкой серы, ккал/кг/град; температура жидкой серы, С;теплоемкость воздуха, ккал/мЭ град;-расход воздуха в печь, м /ч1о температура воздуха, С; тепловой эффект сгорания серы, ккал/кг;теплота испарения серы, ккал/кг;средняя теплоемкость печного газа, ккал/м хград;средняя теплоемкость паров серы,ккал/кгград; расход паров серы в начале эоны горения, м./ч;мольный объем серы; молекулярный вес серы) расход парс-воздушной смеси в начале зоны горения, м/ч;начальная концентрация паров серы в зоне горения;начальная концентрация кислородасреднее время пребывания смеси в зоне горения,с; объем зоны горения,мф; константа скорости реакции горения серы.(ЧВ) носит циклический характер.Каждый внешний цикл расчета (М) начинается с изменения значения расхода.воздуха в печь с.шагом аЧВ, определяемым требуемой точностью поискаоптимального расхода воздуха в печьи принятым равным 50, и заканчивается определением соответствующегозначения степени сгорания расходавоздуха в печи, которое осуществляется при нарушении ограничения по температуре в печи или при снижениистепени сгорания серы. Кроме того,учитывая взаимосвязь между температурой в печи и степенью сгорания серы, для расчета статического режимапечи при каждом значении расходавоздуха в печь предусмотрен внутренний цикл расчета, номер которогообозначен И, Выход из внутреннегоцикла осуществляется при достижениитребуемой сходимости результатов 20соседних циклов расчета значений расхода жидкой серы на печьАвтоматическая система работаетследующим образом.Непрерывный выходной сигнал с иэ- рмерителя 8 (фиг. 1), соответствующийистинному значению концентрации сернистого ангидрида в печном газе,поступает в качестве переменной навход регулирующего устройства 9 вторичного прибора газоанализатора,где сравнивается с сигналом задания, устанавливаемым эадатчнком10. В зависимости от отклонения концентрации сернистого ан"Зсгидрида от заданного значениярегулирующий прибор 9 вырабатываеткомандный сигнал, воздействующий наисполнительный механизм 13, который,изменяет подачу жидкой серы в печьдо тех пор,. пока концентрация сернистого ангидрида ие станет равнойзаданному. значению. С задатчика 10сигнал задания, который изменяетсяпри необходимости изменить производительность агрегата (например,когда необходимо увеличить производительность при достижении верхнего предельного значения общегорасхода воздуха на агрегат), посту-пает на вход управляющей вычислительной машины 12, куда также пос-.тупает выходной сигнал с задатчика11, соответствующий максимально допустимой температуре е печи иизме- .няющийся в зависимости от состоянияФутеровки печи. 55Значение общего расхода воздуха,который изменяется случайно при изменении сопротивления воздушноготракта производства серной кислотыили произвсдительности воздухо-нагнетателя, или целенаправлено для изменения производительности агрегатапри постоянной концентрации сернис.того ангидрида в печном газе, преобразуется с помощью первичного изме- д рительного преобразователя 2 в сигнал,поступающий на измерительное уст"ройство 3. Пропорциональный истинно"му значению общего расхода воздухасигнал с выхода устройства 3 передается для регистрации на вторичныйприбор 4 и на вход управляющей вычислительной машины 12. Значение рас".хода воздуха в печь преобразуетсяс помощью первичного измерительногопреобразователя 5 в сигнал, поступающий на измерительный элемент б.С выхода его сигнал, пропорциональный истинному значению расхода воздуха в печь, передается на регули.рующий прибор 7 расходомера, гдерегистрируется и сравнивается с сигналом задания, соответствующим оптимальному расходу воздуха в печь ипоступающим с выхода управляющей вычислительной машины 12. В зависимости от рассогласования регулирующийприбор 7 вырабатывает командный сигнал, воздействующий на исполнительныймеханизм 14, который изменяет расходвоздуха в печь до тех пор, пока онне станет равным заданному оптимальному значению,Оптимальный расход воздуха в печьрассчитывается управляющей вычислительной машиной 12 по следующему алгоритму, (После выполнения очередной операции следующая операция, которую нужно выполнять, указываетсястрелкой)В блоке 15 формируетсяисходная информация на основе поступающих от внешних устройств сигналов переменных - общего расходавоздуха ЧВо, заданного значения кон"центрации сернистого ангидрида впечном газе С и максимально допустимого значейия теМпературы газав печи 1, о, и вводимых значенийконстант: 1 в ф 1 В иф ЧзгВ блоке 16 номеру внешнего циклаМ присваивается значение, равноеединице. В блоке 17 в зависимостиот общего расхода воздуха на агрегатЧвои номера внешнего цикла М рассчйтывается значение расхода воздухав печь ЧВ, В блоке 18 каждый разперед входом во внутренний цикл степени сгорания серы Х присваиваетсязначение, равное единице. В блоке 19номеру вйутреннего цикла Ю такжеприсваивается значение, равное единице. Далее в блоках 20-28 последовательно рассчитываются значениявеличин 08 г Ъд Чпвса,Ь,С)с,хпо соответствующим уравнениям (1-9).В блоке 29 сравнивается номервнутреннего цикла М с единицей. ЕслйБ = 1, т.е. выполняется первыйвнутренний цикл расчета, то вычислительный процесс продолжается в блоке30, где номеру внутреннего цикла Мприсваивается очередное новое значение и операции, начиная с блока20, повторяются. Если М1, то вблоке 31 рассчитывается величина682, представляющая собой разностьмежду значениями расхода серы в.печьв текущем и предшествующем внутреннихциклах расчета. В блоке 32 величина082 сравнивается с выбранной точ 5ностью расчета расхода серы в печьравной 5. Если требуемая сходимость не достигнута, т.е. 632бв блоке 30 номеру внутреннего циклаМ присваивается очередное новое1 Означение и операции, начиная с блока20, повторяются. Если условие СЯ 2Яне выполняется, т.е. требуемая точность расчета достигнута, осуществля-ется выход из внутреннего цикла ивычислительный процесс продолжается 15в блоке 33, где проверяется соблюдение ограничения по температуре впечи, сравнивается рассчитанное значение температуры печных газов впечи(М) с максимапьно допустимым 20Если ограничение нарушено,Г,т,е. 1 (М) ъ 1 п, расчет заканчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения расхода воздуха в печь, которым является значение предшествующего цикларасчета, т.е. ЧВ(М), Если ограничение по температуре в печи не нарушено, т.е. если. условие С-(М) тне выполняется, то в блоке 35 сравни- Зовается значение степени сгораниясеры в печи текущего и предшествующего внешних циклов расчета. Еслистепень сгорания повысилась, т.е.если х(М) У х(М), то в блоке 36номеру внешнего цикла М присваивается очередное новое значение и операции, начиная с блока 17, повторяются.Если же степень сгорания не повысилась, что соответствует невыполнениюусловия к(М) Ъ х(М), то расчет заканчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения расхода воздуха в печь, которым является значение предшествующегоцикла расчета, т.е. ЧВ (М). Этозначение направляется в качествезадания регулирующему прибору 7,Предлагаемюй способ позволяетповысить степень сгорания серы на0,001, при этом возрастает объемпроизводства на 0,1, уменьшаетсярасходный коэффициент по сере на0,0004 и снижаются затраты на текущийи капитальный ремонты оборудованияна 0,05-0,075 руб/т,Формула изобретенияСпособ автоматического управления процессом получения сернистого газа путем стабилизации концентрации сернистого ангидрида в газе после конечного агрегата изменением подачи жидкой серы в печь и регулирования расхода воздуха в печь, о т л и ч а" ю щ и й с я тем, что, с целью максимизации степени сгорания серы в печи и увеличения выхода продукта, расход воздуха в печь изменяют в зависимости от общего расхода воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого ангидрида в газе после печного агрегата. и максимально допусти" мого значения в печи.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бернштейн И.М. и др. Автоматизация управления сернокислотнымпроизводством. М., фХимия, 1975,с. 65.2. Авторское свидетельство СССР9 135472 кл. С 01 В 17/54, 1961.3. Амелин А,Г. Производство серной кислоты. М., Химияф, 1967,с. 397.874607 Составитель Рна Техред А.Ач ейманКорре ор М. Демч актор А. Заказ 9237/36 ноеСССР ВНИ 30д 4 лиал ППП фПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ираж 508ПИ Государственногоделам изобретенийМосква, Ж, Рауш Подникомитетаоткрытиская наб