Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке

 

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях, например при производстве древесностружечных плит, в сельском хозяйстве, например, при производстве витаминно-травяной муки, пищевой промышленности, например при производстве растительного масла. Способ осуществляется следующим образом. Задаются номинальные и предельно допустимые значения влажности и температуры сыпучего материала на выходе из барабана 1. С помощью датчиков 2-8 измеряются значения температуры топочных газов, влажности и расхода исходного материала на входе в барабан, влажности, температуры сыпучего материала, скорости и ускорения ее изменения на выходе из барабана. Блоки 15-24 преобразуют аналоговые сигналы, датчиков в цифровые. Используя полученные сигналы, по математическим моделям в экстраполяторе 27 вычисляются значения влажности и температуры сыпучего материала на выходе из барабана, проверяется адекватность моделей в анализаторе 28. В случае неадекватности хотя бы одной из моделей происходит перерасчет коэффициентов моделей в блоке адаптации 29. Если модели адекватны, то расчетные значения влажности, температуры сыпучего материала на выходе из барабана, скорости и ускорения изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабана используются для формирования управляющих воздействий в блоке обратной модели 32. Управляющими воздействиями являются расход исходного материала и температура топочных газов на входе в барабан, стабилизация которых осуществляется локальными регуляторами 10 и 13. Изобретение позволяет повысить безопасность процесса сушки. 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях, например, при производстве древесностружечных плит, в сельском хозяйстве, например, при производстве витаминно-травяной муки, пищевой промышленности, например, при производстве растительного масла.

Известен способ автоматического регулирования процесса сушки в барабанной сушилке путем воздействия на расход топлива по температуре сушильного агента на входе в барабан и на расход сырого материала по скорости изменения температуре сушильного агента на выходе из барабана и конечной влажности высушиваемого материала. Определяется разность между сигналом заданной влажности и алгебраической суммой сигналов скорости изменения температуры сушильного агента на выходе из барабана и конечной влажности высушиваемого материала, по полученной разности формируют управляющий сигнал и используют его для коррекции расходов топлива и сырого материала /SU, авторское свидетельство N 1070405, кл. F 26 В 25/22, 1982/.

Недостаток способа - опасность возгорания высушиваемого материала.

Известен способ автоматического регулирования процесса сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке путем воздействия на скорость вращения барабана. Измеряются величина влажности материала на выходе из барабана и скорость изменения температуры материала внутри барабана. В зависимости от величин измеренных параметров регулируют скорость вращения барабана /SU, авторское свидетельство N 785618, кл. F 26 В 25/22, 1979/.

Недостаток способа - опасность возгорания высушиваемого материала.

Известен способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке путем воздействия на расход исходного материала и температуру топочных газов. Задают значения конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана. Измеряются температура топочных газов, расход исходного материала, начальная влажность исходного материала. Используя математические модели конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана, рассчитывают оценочные значения, которые сравнивают с фактическими, и делают вывод об адекватности моделей. В случае их адекватности сравнивают оценочные значения и заданные значения. Если окажется, что разность между ними превысила ошибку регулирования, то пересчитывают величину управляющих воздействий, чтобы конечная влажность и температура измельченной древесины на выходе из барабана оставались заданными по режиму. Управляющими воздействиями являются расход исходного материала и температура топочных газов, которые регулируются с помощью локальных регуляторов. Если модели неадекватны, то на основании текущей информации об управляющих воздействиях определяют новые коэффициенты моделей. В случае превышения температуры измельченной древесины на выходе из барабана предельно допустимого значения появляется опасность возникновения пожара. Во избежание этого осуществляют непрерывное сравнение текущего значения температуры измельченной древесины на выходе из барабана с предельно допустимым. Если произойдет превышение текущего значения выше предельно допустимого, то осуществляют перерасчет значений управляющих воздействий /RU, патент N 2102664, кл. F 26 В 25/22, 21/10, 1995 /.

Наиболее близким по технической сущности является способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке, который заключается в следующем.

Задают конечную влажность и характеризующую степень пожароопасности температуру измельченной древесины на выходе из барабана. Измеряют температуру топочных газов, расход исходного материала, влажность исходного материала. Регулируют расход исходного материала и температуру топочных газов. Рассчитывают с помощью математических моделей оценочные значения конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана, измеряют их фактические значения, сравнивают оценочные и фактические значения. На основании сравнения делают вывод об адекватности модели. Измеряют скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из барабана, рассчитывают прогнозируемое значение температуры измельченной древесины на выходе из барабана через промежуток времени τ,, сравнивают прогнозируемое значение с заданным. По результатам сравнений регулируют расход исходного материала и температуру топочных газов /RU, патент N 2168129, кл. F 26 В 25/22, 21/10, 1999/.

Однако использование данного способа автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке может привести к возгоранию высушиваемого материала. В большинстве случаев при проведении процесса сушки сыпучих материалов скорость изменения температуры материала на выходе из сушильного барабана не постоянна. Поэтому температура по причине положительного ускорения ее изменения может быстрее превысить предельно допустимое значение, компенсировать которое невозможно за короткий промежуток времени.

Задача, на решение которой направлено изобретение, повышение безопасности процесса сушки.

Для решения этой задачи в способе, включающем задание конечной влажности и характеризующей степень пожароопасности температуры сыпучего материала на выходе из барабана, измерение температуры топочных газов, скорости изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет прогнозируемого значения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, сравнение его с заданным, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температуры сыпучего материала на выходе из барабана, измерение их фактических значений, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и формирование по результатам сравнений управляющего воздействия, дополнительно для расчета прогнозируемого значения температуры сыпучего материала на выходе из барабана измеряют ускорение ее изменения.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство для автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке 1 содержит датчики температуры топочных газов 2, влажности исходного материала 3, расхода исходного материала 4, конечной влажности сыпучего материала 5, температуры сыпучего материала на выходе из сушильного барабана 6, скорости изменения температуры сыпучего материала на выходе из сушильного барабана 7, ускорения изменения сыпучего материала на выходе из сушильного барабана 8. Для подачи исходного материала в барабанную сушилку служит дозатор 9. Регулирование расхода исходного материала осуществляется регулятором 10, соединенным с приводом 11. Заданное значение температуры топочного газа в топке 12 поддерживается с помощью регулятора 13 температуры топочных газов, соединенного с датчиком 2 и исполнительным механизмом 14. Датчики 3, 4, 5, 6, 7, 8 связаны с преобразователями 15 сигналов датчиков в унифицированные сигналы напряжения многоканальным преобразователем 16 напряжение-код, фильтрами низкой частоты 17 и масштабирующими блоками 18-24, преобразующими значения кодов Х в значения измеряемых физических величин Y. Задатчик 25 предельно допустимой температуры сыпучего материала соединен с блоком сравнения 26, к одному из входов которого подсоединен экстаполятор 27. К экстаполятору 27 подключен анализатор адекватности модели 28, блок адаптации модели 29, анализатор критерия управления 30. Задатчик 31 номинальных значений температуры сыпучего материала на выходе из барабана и ее конечной влажности соединен с блоком обратной модели 32, связанным с преобразователем 33 код-напряжение.

Способ осуществляется следующим образом.

Оператор с помощью задатчика 25 задает значение предельно допустимой температуры сыпучего материала на выходе из барабанной сушилки 1, задатчиком 31 задает номинальные значения этой температуры и конечной влажности материала, которые должны выдерживаться в соответствии с режимом. В начальный момент локальные регуляторы расхода 10 сырого материала и температуры 13 топочных газов настроены на номинальные значения. Информация с датчика 2 температуры топочных газов, датчика 4 расхода исходного материала, датчика 3 влажности исходного материала через измерительные преобразователи 16 напряжение-код, фильтры 17 и масштабирующие блоки 18-24 поступает в экстраполятор 27, в котором с помощью математических моделей процесса сушки рассчитываются оценочные значения влажности высушенного материала температуры сыпучего материала на выходе из барабана и прогнозируемое значение температуры сыпучего материала на выходе из барабана через промежуток времени где X₁ - расход исходного материала, кг/ч; Х₂ - температура топочных газов, ^oС; Х₃ - влажность исходного материала, %; Х₄ - скорость изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, ^oС/с; Х₅ - ускорение изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, ^oС/с²; А_ij, В_ij - коэффициенты уравнений, определяемые экспериментально, например методом наименьших квадратов.

На основании оценочных значений и массива истинных значений Y_1i и Y_2i тех же величин, поступающих от датчика 5 температуры сыпучего материала на выходе из барабанной сушилки, через преобразователи 15, 16, фильтры 17 и масштабирующие блоки 23 и 24 в анализаторе адекватности модели 28 дается заключение об адекватности модели. Если модель адекватна, то подается сигнал на управляющий вход анализатора критерия управления 30. В нем сравниваются оценочные и заданные значения конечной влажности Y₁, а также прогнозируемое и заданное значения температуры сыпучего материала на выходе из барабана Y₂. Если окажется, что разность между заданным и оценочным значением конечной влажности или разность между заданным и прогнозируемым значением температуры сыпучего материала на выходе из барабана превысила ошибку регулирования, то из анализатора 30 подается сигнал на второй управляющий вход блока обратной модели 32. Используя текущее значение величины влажности (Х₃) исходного материала, поступающее от датчика 3 через преобразователи 15, 16, фильтры 17 и масштабирующий блок 20 на второй информационный вход блока обратной модели 32, а также заданные значения Y₁ и Y₂, поступающие на его третий информационный вход от задатчика 25, блок обратной модели 32 рассчитывает величины управляющих воздействий расхода (X₁) сырого материала и температуры (Х₂) топочных газов, которые необходимо поддерживать на входе в барабан, чтобы конечная влажность и температура сыпучего материала не отклонялись от номинальных значений. Рассчитанные значения X₁ и Х₂ через преобразователь 33 в виде аналоговых сигналов подаются на регуляторы 10 и 13, которые приводят в соответствие текущие и заданные значения X₁ и Х₂. Если хотя бы одна из моделей неадекватна, то со второго входа анализатора адекватности подается сигнал на управляющий вход блока адаптации модели 29. На основании текущей информации о расходе (X₁) сырого материала, температуре (Х₂) топочных газов, влажности (Хз) исходного материала, конечной влажности материала (Y₁), температуре (Y₂) сыпучего материала на выходе из барабана блок 29 определяет новые коэффициенты А_ij, В_ij моделей (1), (2). Полученные значения А_ij, В_ij, соответствующие адекватной модели, поступают на первые информационные входы экстраполятора 27 и блока обратной модели 32. Если в процессе сушки происходит выход за допустимое значение Y₂, появляется опасность возникновения пожара. Поэтому в блоке сравнения 26 непрерывно сравниваются текущее значение ₂, поступающее с масштабирующего блока 24, и заданное предельно допустимое значение от задатчика 25. В случае превышения Y₂ предельно допустимого значения из второго выхода блока 26 поступает сигнал на первый управляющий вход блока обратной модели 32 и происходит перерасчет значений X₁ и Х₂. Пересчитанные значения управляющих воздействий X₁ и Х₂ через преобразователь 33 поступают на регуляторы 10 и 13, которые корректируют расход исходного материала и температуру топочных газов.

Пример. Процесс сушки измельченной древесины осуществляется при следующих начальных значениях параметров:
расход исходного материала - - 2400 кг/ч;
температура топочных газов - - 500^oС;
влажность исходного материала - - 65,2 %;
номинальное значение конечной влажности - - 3 %;
номинальное значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана - - 120±2^oС;
допустимое значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана - - 145^oС.

В процессе сушки, вследствие изменения породного состава сырья, повысилась температура измельченной древесины на выходе из сушильного барабана до 123^oС. При этом скорость и ускорение изменения температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана составили соответственно 5^oС/с и 0,5^oС/с² в сторону повышения. При отсутствии управляющего воздействия температура измельченной древесины на выходе из сушильного барабана через 4 с составила бы 147^oС, то есть выше нормы. Для предотвращения возгорания высушиваемого материала снизили температуру топочных газов на входе в барабан до 470^oС и увеличили расход сырого материала до 2850 кг/ч. При этом значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана составило 119^oС, а скорость и ускорение изменения температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана снизились до 0,1^oС/с и 0,05^oС/с. Влажность измельченной древесины на выходе из барабана составила 3%.

Таким образом учет ускорения изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабанной сушилки при расчете ее прогнозируемого значения позволяет раньше, чем в известном способе, реагировать на увеличение температуры материала, что повышает пожаробезопасность процесса сушки.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке, включающий задание конечной влажности и характеризующей степень пожароопасности температуры сыпучего материала на выходе из барабана, измерение температуры топочных газов, скорости изменения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет прогнозируемого значения температуры сыпучего материала на выходе из барабана, сравнение его с заданным, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температуры сыпучего материала на выходе из барабана, измерение их фактических значений, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и формирование по результатам сравнений управляющего воздействия, отличающийся тем, что для расчета прогнозируемого значения температуры сыпучего материала на выходе из барабана дополнительно измеряют ускорение ее изменения.

РИСУНКИ

Рисунок 1