Устройство для управления процессом двухстадийного восстановления алунитовой руды

,т Ъ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт "Цветметавтоматика 11,Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности и Кировабадский алюминиевый завод им.50-летия СССР(53) 669.713,1.651(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР В 302382, кл, С 22 В 1/ 10, 1973.2. Буровой И.А. Автоматическое управление процессами в кипящем слое. - М.: Металлургия, 1969, с, 353-354.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДВУХСТАДИЙНОГО ВОССТА;НОВЛЕНИЯ АЛУНИТОВОЙ РУДЫ в двух последовательно соединенных восстановительных аппаратах кипящего слоя, содержащее для каждого аппарата контуры автоматического регулирования расхода воздуха в кипящий слой, контуры стабилизации температуры отстойной зоны аппаратов кипящего слоя и температуры кипящего слоя, в состав которых входят датчики и регуляторы соответствующих параметров, отличающееся тем, что, с целью увеличения извлечения окиси алюминия .и сернистого ангидрида из алунитовой руды оно содержит два узла автоматического регулированияколичества руды соответственно впервом и втором восстановительныхаппаратах, состоящие иэ датчиковколичества руды в кипящем слое, регуляторов количества руды и двух регулирующих клапанов, один из которых установлен на линии перетока руды иэ первого аппарата во второй,а другой установлен на линии разгрузки руды из второго аппарата, регулирующий клапан, установленный налинии подачи руды в первый аппарат,узел согласования производительности, сумматор и задатчик расхода воздуха, причем входной канал регулятора количества руды в первом восстановительном аппарате соединен свыходным каналом датчика количестваруды в первом аппарате, а выходнойканал этого регулятора соединен свходным командным каналом регулирующего клапана, установленного на линии перетока руды из первого восстановительного аппарата во второй,входной канал регулятора количества руды во втором аппарате соединен свыходным каналом датчика количества руды во втором аппарате и выходнойканал этого регулятора соединен с входным командным каналом регулирующегоклапана, установленного на линии разгрузки руды второго аппарата, входной командный канал регулирующего клапа на, установленного на линии подач руды в первый аппарат, соединен с выходным каналом регулятора темпера турц в кипящем слое первого аппарата, выходной канал регулятора темп ратуры во втором аппарате соединен261906 первым входным каналом узла согласования производительности, второй входной канал этого узла соединен с датчиком температуры в кипящем слое второго аппарата, третий входной канал соединен с задатчиком температуры кипящего слоя второго аппарата четвертый взводной канал соединен с выходным каналом эадатчика расхода воздуха в первый аппарат, первый выРходной канал узла согласования производительности соединен с каналом задания регулятора расхода дутья в первый аппарат, второй выходной канал узла согласования производительности соединен с каналом задания регулятора расхода дутья во второй аппарат.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности управления технологическим режимом и обеспечения согласования производительности аппаратов, узел согласования производительности выполнен в виде двух блоков обнаружения предельных отклонений, четырех коммутационных блоков, двух сумматоров, двух задатчиков и блока масштабного преобразования, причем входные каналы блоков обнаружения предельных отклонений и первый входной канал первого коммутационного блока соединены с первым Ъходным каналом, узла согласования производительности, входной канал первого блока обнаружения предельных отклонений соединен с управляющими Изобретение относится к цветной металлургии и предназначено для управления процессом восстановления обожженной алунитовой руды в двух последовательно соединенных аппара тах кипящего слоя.Процесс восстановления алунитовой руды предназначен для удаления окислов серы из сульфата алюминия, содержащегося в руде, в результате хими О ческой реакции последнего с восста" новителем (например, элементарной серой). В результате осуществления каналами первого и третьего коммутационных блоков, выходной канал второго блока обнаружения предельныхотклонений соединен с управляющимиканалами второго и четвертого коммутационных блоков, второй входной канал первого коммутационного блокасоединен с выходным каналом первогоэадатчика, выходной канал первогокоммутационного блока соединен с первым входным каналом второго коммутационного блока, второй коммутационный блок вторым входным каналом соединен с выходным каналом второго задатчика, а выходным каналом - с вторым выходным каналом блока согласования производительности, первый сумматор плюсовым и минусовым входнымиканалами соединен соответственно свторым и третьим входными каналамиузла согласования производительностии выходным каналом - с входным каналом блока масштабного преобразования,выходной каналкоторого соединенс вторыми входнымиканалами третьегои четвертого коммутационных блоков, второйсумматор плюсовымивходными каналамисоединен счетвертым входнымканаломузла согласованияпроизводительностии выходнымканалом третьегокоммутационного блока,минусовый входнойканалвторого сумматора соединен с выходным каналом четвертого коммутационного блока, а выходной канал упомянутого сумматора соединен с первымвыходным каналом узла согласованияпроизводительности. процесса сульфат алюминия переводится в окись. алюминия (твердая Фаза),а связанная в сульфате сера - в двуокись серы (газообразная Фаза).Процесс протекает в двух последовательно соединенных аппаратах кипящего слоя (фиг. 1),В аппарате 1 осуществляется частичное восстановление обожженнойалунитовой руды (первая стадия вос-становления) в аппарате 11 - окончательное восстановление руды (втораястадия восстановления). В аппарат Е3 1261поступает алунит 111, восстановитель - расплавленная сера 17,дутье Ч.В аппарат Т 1 поступает частичновосстановленный алунит 71, сера ЧТТи дутье 7111. Чтобы исключить проскок выносимой из слоя непрореагировавшей серы в отходящие газы ТХ, вотстойную зону аппарата подаетсядутье, содержаЩее кислород, которым 1 Оокисляется выносимая из слоя сера,Восстановленный алунит выгружаетсяиз аппарата 11 по линии Х.Режимы работы аппаратов первойи второй стадий неодинаковые. Время 15нахождения алунита в аппарате, температура кипящего слоя и отстойнойзоны имеют разные значения в аппаратах Т и 11, Причем режим, осуществляемый в аппарате 11, следует определить как более жесткий, температура его вьппе на 30-50 С, интенсивностьперемешивания в слое более высокая.Известны устройства для управления процессом обжига сырья минерального происхождения, осуществляемымв псевдоожиженном слое, в частностиустройство автоматического регулирования температурного режима сульфидных материалов 1 .30 Указанное устройство изменяет расход догружаемой руды в зависимости от изменения содержания сернистого газа в отходящих газах и не может с быть использовано для управления процессом восстановления алунитовой руды, так как в рассматриваемом процессе сернистый газ выделяется как при восстановлении руды, так и при окис ленин элементарной серы, используемой в качестве восстановителя, кислородом дутья, подаваемым в слой руды и надслоевое пространство и поэтому концентрация сернистого газа 4 не характеризует качество процесса восстановления.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство управления процессом обжига никелевого концентрата в кипящем слое, содержащее для каждого аппарата контуры автоматического регулирования расхода воздуха в кипящий слой, контуры 55 стабилизации температуры отстойной зоны аппаратов кипящего слоя и температуры кипящего слоя, в состав кото 9064 рых входят датчики и резисторы соответствующих параметров 23,Недостатком известного устройстваявляется то, что температура кипящего слоя, управляемая за счет подачиалунита, не характеризует условийпротекания процесса восстановления,так как в кипяший слой поступаеткислородсодержащее дутье и восстановитель и тепловые потери компенсируются выделением тепла при частичномокислении восстановителя - серы -кислородом дутья. Существует даже вероятность .режимов, протекающих призаданной температуре, цля которыхвесь восстановитель окислен, а алунитне восстанавливается. Кроме того, невозможно управление температурным режимом с помощью загрузкиалунита для двух последовательносоединенных восстановительных аппаратов (буферная емкость между аппара- "тами отсутствует и условия оптимальности процесса в разных аппаратахвступают в противоречие с требованием неразрывности потока).Цель изобретения - увеличениеизвлечения окиси алюминия и сернистого ангидрида из алунитовой руды. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления процессом двухстадийного восстановления алунитовой руды в двух последовательно соединенных восстановительных аппаратах кипящего слоя, содержащее для каждого аппарата контуры автоматического регулирования расхода воздуха в кипящий слой, контуры стабилизации температуры отстойной зоны аппаратов кипящего слоя и температуры кипящего слоя, в состав которых входят датчики и регуляторы соответствующих параметров, содержит два узла автоматического регулирования количества руды соответственно в первом и втором восстановительных аппаратах, состоящие из датчиков количества руды в кипящем слое, регуляторов количества руды и двух регулирующих клапанов, один из которых установлен на линии перетока руды из первого аппарата во второй, а другой установлен на линии разгрузки руды из второго аппарата, регулирующий клапан, установленный на линии подачи руды в первый аппарат, узел согласования производительности, сумматор и задатчик расхода воздуха, при 5 126 1906 атем тт дной канал регулятора коттилестн руды в первом восстановительном аппарате соединен с выходным каналом датчика количества руды в первом аппарате, а. выходной канал этого регулятора соединен с входным командным каналом регулирующего клапана, установленного на линии перетока руды из первого восстановительного аппарата во второй, входной ка пал регулятора количества руды во втором аппарате соединен с выходным каналом датчика количества руды во втором аппарате и выходной канал этого регулятора соединен с входным командным каналом регулирующего клапана, установленного на линии разгрузки руды второго аппарата, входной командный канал регулирующего клапана, установленного на линии по дачи руды в первый аппарат, соединен с выходным каналом регулятора температуры в кипящем слое первого аппарата, выходной канал регулятора температуры во втором аппарате сое динен с первым входным каналом узла согласования производительности, второй входной канал этого узла соединен с датчиком температуры в кипящем слое второгоаппарата,третий входной чо канал соединен с задатчикомтемпературы кипящего слоя второго аппарата, четвертый входной канал соединен с выходным каналом задатчика расхода Воздуха В первый аппарат, первыи Вы ходной канал узла согласования производительности соединен с каналом задания регулятора расхода дутья в первый аппарат, второй выходной канал узла согласования производительности соединен с каналом задания регулятора расхода дутья во второй аппарат. Кроме того, с целью повышения эффективности управления технологичес ким режимом и обеспечения согласования производительности аппаратов, узел согласования производительности выполнен в виде двух блоков обнаружения предельных отклонений, четырех коммутационных блоков, двух сумматоров, двух задатчиков и блока масштабного преобразования, причем входные каналы блоков обнаружения предельньгх отклонений и первый входной канал 55 первого коммутационного блока соединены с первым входным каналом узла согласования производительности,входной канал первого блока обнаружения предельных отклонений соединенс управляющими каналами первого итретьего коммутационных блоков, выходной канал второго блока обнаружения предельных отклонений с.оединенс управляющими каналами второго ичетвертого коммутационных блоков,второй входной канал первого коммутационного блока соединен с выходнымканалом первого задатчика, выходнойканал первого коммутационного блокасоединен с первым входным каналомвторого коммутационного блока, второй коммутационный блок вторым входным каналом соединен с выходным ка -налом блока согласования производительности, первый сумматор плюсовыми минусовым входными каналами соединен соответственно с вторым и третьим входными каналами учла согласования производительности и выходнымканалом - с входным каналом блокамасштабного преобразования, выходной канал которого соединен с вторыми входными каналами третьего и четвертого коммутационных блоков, второй сумматор плюсовыми входными каналами соединен с четвертым входнымканалом узла согласования производительности и выходным каналом третьего коммутационного блока, минусовыйвходной канал второго сумматора соединен с выходным каналом четвертогокоммутационного блока, а выходнойканалупомянутого сумматора соединенс первым выходным каналом узла согласования производительности,Узел автоматического регулирования количества руды в первом аппарате состоит из задатчика количестваруды в кипящем слое первого аппарата, регулятора количества руды и исполнительного устройства, установленного на линии перетока руды изпервого аппарата во второй.Регулятор количества руды соеди"нен входным каналом с выходным каналом датчика количества руды и выходным каналом с входным каналом исполнительного устройства.Узел автоматического регулирования количества руды во втором аппаратесостоит из датчика количества руды в кипящем слое этого аппарата, регулятора количества руды и регулирующего клапана, установленного на линии разгрузки руды из второгоа 11 паратег 1 ятор колнчРстя руды нходньдм каналом соединен с датчикомколичества руды и выходным каналом с входным командным каналом регулируюиего клапана.Узль автоматического регулирования температуры н отстойной зоне каждого из аппаратов состоят из датчика температуры в отстойной зоне и регулятора температуры. Регулятор температуры в отстойной зоне входным каналом соединен с выходным каналом датчика температуры, а выходным каналом - с каналом задания регулятора стабилизации расхода восстановителя.Использование устройства позволяет стабилизировать температурный режим кипящего слоя, режимы восстановления руды, согласования потоков руды, псевдоожижения и согласования производительности двух аппаратов за счет коррекции производительности первого аппарата при предельных значениях расхода дутья но второй аппарат.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 зависимости между расходами руды и дутья, подаваемыми в кипяЩий слой при стабилизированной температуре (на оси абсцисс отложены значениярасхода руды, на оси ординат - дутья, все значения - относительные).Устройство состоит из датчиков 1 и 2 температуры кипящего слоя, например термопар, соответственно для аппаратов первой и второй стадии регуляторов 3 и 4 температуры кипящего слоя, регулирующего клапана 5, датчиков 6 и 7 расхода воздуха, регуляторов 8 и 9 расхода воздуха, регулирующих клапанов 10 и 11, датчиков 12 и 13 температуры отстойной зоны, регуляторов 14 и 15 температуры отстойной зоны, датчиков 16 и 17 расхода серы, регуляторов 18 и 19 расхода серы, регулирующих клапанов 20 и 21, датчиков 22 и 23 количества алунита в кипящем слое, регуляторов 24 и 25 количества алунита н кипящем слое, регулирующих клапанов 26 и 27, узла согласования производительности, который состоит иэ устройств 28-38.Узел согласования производительности состоит из двух блоков 28 и 29 обнаружения предельных отклонений, честно выносимого иэ слоя восстановителя и, следовательно, концентрацияего в надслоевом пространстве поддерживаются узлом 12, 14, 16, 18и 20 автоматического регулирования 40 температуры в отстойной зоне. Поскольку выносимый из слоя восстанонитель дожигается в отстойной зоне, изменение температуры в отстой-ной зоне свидетельствует об измене нии концентрации восстановителя нотстойной зоне и в слое.Таким образом, при стабилизированных значениях расхода дутья н слой,температуры в отстойной зоне, количества материала в аппарате и температуры в аппарате, поддерживаемойизменением подачи руды, расход руды1в аппарат также поддерживается стабильным.Во нтором аппарате при осуществлении второй стадии восстановления узлы регулирования действуют аналогично описанным для первой стадии. 10 15 20 25 30 четырех коммутационных блоков 30-33, двух задатчиков 34 и 35, двух сумма-; торов 36 и 37 и блока 38 масштабирование. Кроме того, в состав устройства входят задатчики 39 расхода дутья в аппарат 1 и 40 температуры кипящего слоя аппарата 1Устройство работает следующим образом.В первом аппарате при осуществлении первой стадии процесса с помощью узла 6, 8 и 10 стабилизацию расхода дутья осуществляется поддержание расхода в .соответствии с заданным значением.Узел 22, 24 и 26 автоматического регулирования количества руды в аппарате обеспечивает равенство потока поступающей в аппарат и выгружаемой руды. Узел 1, 3 и 5 регулирования температуры в кипящем слое руды обеспечивает поддержание заданной температуры восстановления и соответствия производительности и расхода кислородсодержащего дутья. Последнее достигается за счет того, что фактически количество поданного в аппарат тепла определяется потоком кислорода, подаваемого в аппарат, который весь расходуется на окисление носстановителя с выделением тепла.Избыток восстановителя (неокислившийся) расходуется на реакцию восстановления и вынос из слоя. Коли 1261906Исключение представляет узел 2,4,9, 7 и 11 автоматического регулирования температуры в кипящем слое аппарата, При отклонении температуры от заданного значения осуществляется измене ние расхода кислородсодержащегодутья, так как поток руды определяется режимом первого аппарата.Однако в связи с тем, что для псевдоожиженного слоя расход дутья можно менять в строго определенных пределах (во избежание "посадки" кипящего слоя или "выноса" кипящего слоя из аппарата) может возникнуть ситуация, при которой дальнейшее снижение (или увеличение) расхода дутья невозможно для достижения заданной температуры; Для обеспечения управления процессом в таких случаях предназначен узел согласования производительности.Узел согласования производительности анализирует состояние предельных отклонений по расходу дутья во втором аппарате и соответственно из 25 меняет задание по расходу дутья (и, следовательно, по производительности) первого аппарата путем сложения или вычитания из сигнала, поступающего из задатчика 39 сигнала, пропорционального отклонению от задан. - ной температуры кипящего слоя во втором аппарате, формируемого устройством 37 и 38.35При увеличении (уменьшении) задания по расходу дутья, поступающего от узла согласования производительности в камеру задания регулятора 8, последний изменяет свой выходной 4 О сигнал таким образом, чтобы обеспечить равенство сигналов, поступающих от датчика 6 и от узла согласования производительности, и, воздействуя на положение клапана 10, уве личивает расход дутья, Увеличение (уменьшение) расхода дутья приводит к увеличению (уменьшению) окисления восстановителя в слое и, таким образом, к повьппению (понижению) 50 температуры кипящего слоя по отношению к заданной. Повьппение (понижение) температуры кипящего слоя приводит к увеличению (уменьшению) сигнала датчика 1, вследствие чего 55 регулятор 3, воздействуя на регулиРующий клаган 5, увеличивает (уменьшает) подачу руды в слой. Увеличение (уменьшение) подачи руды в слой первого аппарата вызывает снижение (повышение) температуры в слое, и равновесие наступает при равенстве потоков тепла, расходуемого на нагрев и восстановление дополнительного потока руды и поступающего от окисления восстановителя кислородом дутья.Увеличение (уменьшение) подачи руды в слой первого аппарата при - водит также к увеличению (уменьшению) количества руды в этом аппарате, и узел 22, 24 и 26 регулирования количества руды в аппарате увеличивает (уменьшает) выгрузку руды, увеличивая (уменьшая) проходное сечение регулирующего клапана 26,Увеличение (уменьшение) потока руды, поступающей по линии Ч во второй аппарат, приводит к увеличению (уменьшению) количества руды во втором аппарате, и узел 23,25 и 27 регулирования количества руды во втором аппарате соответственно увеличивает (уменьшает) выгрузку руды иэ этого аппарата.Кроме того, увеличение (уменьшение) потока руды через второй аппарат приводит к понижению (повышению температуры в кипящем слое этого аппарата. Узели 4 регулирования температуры увеличивает (уменьшает) задание на расход дутья 7, 9 и 11 стабилизации и, таким образом, увеличивает (уменьшает) расход дутья и окисление восстановителя в слое аппарата, что вызывает увеличение (уменьшение) температуры и, таким образом, уменьшает разбаланс между заданной и действительной температурой в слоеЕсли при этом окажется, что задание расхода дутья, поступающее отрегулятора 4, выше (ниже) предельного верхнего (нижнего) значения (определяемого условиями существования.псевдоожиженного слоя), узел согласования производительности задаетпредельное верхнее (нижнее) задание,регулятору 9 и увеличивает (умен,ьшает) задание регулятору 8, что при-.водит к увеличению (уменьшению) рас"хода дутья в первый аппарат и, сле-.довательно, к увеличению (уменьшению)производительности установки,Узел согласования производитель"ности действует следующим образом.При увеличении (уменьшении) потокаруды через второй аппарат температура кипящего слоя в нем понижается(повышается) и регулятор 4 увеличивает (уменьшает) задание на расходвоздуха регулятору 9. Это заданиепоступает от регулятора 4 в узел согласования производительности черезего первый входной канал. С помощьюблоков 28 и 29 обнаружения,предельных отклонений этот сигнал анализи 1 О руется на наличие предельно допустимых значений. Если значение сигнала больше максимально допустимого, то сигнал на выходе блока 29 равен единице, если меньше - нулю, Аналогично, если входной сигнал меньше минимально допустимого, входной сигнал блока 28 равен единице, если больше - нулю. Таким образом, если задание на расход 20 дутья находится в диапазоне допустимых значений, выходные сигналы блоков 28 и 29 равны нулю и задание от регулятора 4 на расход в воздуха проходит через блоки 30 и 3 1 к второму выход ному каналу устройства согласования производительности и далее к каналу задания регулятора 9 расхода воздуха.При увеличении (уменьшении) вход- ЗО ного сигнала сверх максимального (минимального) значения срабатывает блок 29 (блок 28) и на его выходе появляется сигнал, равный единице.Блоки 30-33 переключаются таким образом, что сигнал поступает на выход блока ЭО Ц 1) от задатчика 35 максимального сигнала (34 минимальногосигнала ) и далее к второму выходному каналу узла согласования производительности.Корректирующий сигнал от блока 38 поступает на выход блока 33(32) и далее к входному минусовому (плюсовому) каналу сумматора. В сумматоре 36 45 этот сигнал вычитается (складывается) с сигналом задания, поступающим через четвертый входной канал, и результирующий уменьшенный (увеличенный) сигнал поступает к второму выходному каналу узла согласования производительности. Корректирующий сигнал формируется сумматором 37 и блоком 38, В сумматоре 37 суммируются сигналы, поступающие через второй и третий входные каналы узла согласования производительности и соответствующие заданному и текущему значениям температуры в кипящем слое второго аппарата. В блоке 38 сигнал, поступающий от сумматора 37, умножается на постоянный коэффициент, являющийся настроечным и в качестве корректирующего сигнала используется для уменьшения или увеличения расхода дутья (и, в конечном итоге, расхода руды) в кипящий Слой первого аппарата. Таким образом, устройство управляет режимами двух аппаратов, обеспечивая согласованную производительность с максимальным извлечением сернистого ангидрида.Экономический эффект от внедрения изобретения получается за счет увеличения выпуска серной кислоты в связи с увеличением выхода сернистого ангидрида . В расчете на 1000 т перерабатываемого алунита предполагается дополнительно получить 3,2 т кислоты. Устройство может быть реализовано с помощью серийно выпускаемых средств автоматики, В качестве датчиков 1,2, 12 и 13 температуры могут быть использованы термопары, в качестве датчиков 6 и 7 расхода кислородсодержащего дутья - дифмонометры в комплекте с диафрагмами, в качестве датчиков 16 и 17 расхода жидкой серы - датчики ДТП, в качестве исполнительных устройств на линиях подачи и выгрузки руды - задвижки с управляемым гидроприводом, на линиях подачи дутья - поворотные заслонки, в качестве датчиков 22 и 23 количества руды в кипящем слое аппаратов - дифманометры с поддувом воздуха в импульсные линии, в качестве регуляторов 3, 4, 8, 9, 14, 15, 18, 19, 24 и 25 - регуляторы типа ПР 321. Узел согласования производительности аппаратов собран из блоков системы СТАРТ.Составитель Д. ПершеевТехред Л,Олейник Корректор И,Иаксимишине едактор В.Петраш акаэ 527 ПодписР НИИПИ 4/5 3035 ти полиграФическое пр Проиэводст Тираж 450Государственного комитета Селам иэобретений и открытийХбсква, Ж, Раушская наб.,Ужгород, ул. Проектная, 4