Способ автоматического управления процессом получения сернистого газа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (63) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 1801ВО (23) 2870446/23-26 с присоединением заявки Нов

{51}М. Кл з

С 01 В 17/54

G 05 D 27/00

Государственнмй комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 2 3,1 0.81. бюллетень l4o 39

{53} УДК 66.012-52 (088. 8) Дата опубликования описания 2 31031

В. Е. Мартыненко, В. И. Пинский, В. К.Тарасенко, А. С.Шаляхин, В.И.Борэунов, В.А,Федосенко и В.A.ÑîëîBåé (72) Авторъ изобретения

Р

Днепропетровский химико-технологический институт-. им. Ф.Э. Дзержинского (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ABTONATH×EÑÊÎÃÎ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО ГАЗА

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом получения сернистого газа и может быть использовано в химической и

5 других отраслях промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом получения сернистого газа, предусматривающий одновременное регулирование концентрации сернистого ангидрида в печном газе изменением подачи сырья и температуры 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 ® газа путем поддержания постоянной температуры газа изменением подачи колчедана в печь и стабилизацию подачи воздуха в печь (2)..

Недостатком данного способа является низкая статическая точность стабилизации концентрации сернистого газа, обусловленная неоднозначностью связи между концентрацией и температурой газа.

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

I 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 иа 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.

874607

Чпвс Чвл Ч„, (4) ц= (8)

v„

Чпьс

О,24.ЧВ

Д2ОО V ()

Чпвс+Ч в

К=ВЭ1,692ex - — (8)

4ЭФ,29 CÃ 27Ú

Х2.а-Ь ехр(ю(Ь-го))

i (9) где т— в)„0,248

О, 318

В И

2213

312

0,358

0,0021

21,9

64

Рвс

64 YSoСзоа (4)

6 44,8 Х

Ver

G З9 Вычислительный процесс определения

Ч = (Э)

64 оптимального расхода воздуха в печь

Цель изобретения — максимизация степени сгорания серы в печи, увеличение выхода продукта, снижение расходных коэффициентов по сырью, снижение затрат на.ремонт оборудования.

Поставленная 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 температуру 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- 40 тимой температуры в печи, управляющую вычислительную машину 12, исполнительный механизм 13 изменения подачи жидкой серы в печь, исполнительный механизм 14 для изменения рас- 45 хода воздуха в печь.

Управляющая вычислительная машина 12 определяет оптимальное значение расхода воздуха в печь по алгоритму, блок-схема которого представ- 50 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-С),) Щ24Щ5 уО,МЬч. Ф, л22И0 эх)-Э12ЖО- ) 60

1= (2)

Г а расход жидкой серы в печь, кг/ч; общий расход воздуха, м Э/ч концентрация 02 в газе после печного агрегата, доли по объему; степень сгорания серы в печиу температура печного газа ОС доля потерь тепла в окружающую среду; теплоемкость жидкой серы, ккал/кг/град; температура жидкой серы, С; теплоемкость воздуха, ккал/м> граду

-расход воздуха в печь, м /ч1 о температура воздуха, Су тепловой эффект сгорания серы, ккал/кг; т еплот а и спаре ни я серы, ккал/кг; средняя теплоемкость печного газа, ккал/м хград; средняя теплоемкость паров серы,ккал/кг граду расход паров серы в начале эоны горения, м /чу мольный объем серы; молекулярный вес серыу расход парс-воздушной смеси в начале зоны горения, м /ч у начальная концентрация паров серы в зоне горения; начальная концентрация кислородау среднее время пребывания смеси в зоне горения,с; объем зоны горения,м у константа скорости реакции горения серы.

874607 (ЧВ) носит циклический характер.

Каждый внешний цикл расчета (М) начинается с изменения значения расхода .воздуха в печь с.шагом аЧВ, определяемым требуемой точностью поиска оптимального расхода воздуха в печь и принятым равным 50, и заканчивается определением соответствующего значения степени сгорания расхода воздуха в печи, которое осуществляется при нарушении ограничения по температуре в печи или при снижении степени сгорания серы. Кроме того, учитывая взаимосвязь.между температурой в печи и степенью сгорания серы, для расчета статического режима печи при каждом значении расхода воздуха в печь предусмотрен внутренний цикл расчета, номер которого обозначен N. Выход из внутреннего цикла осуществляется при достижении требуемой сходимости результатов 20 соседних циклов расчета значений расхода жидкой серы на печь °

Автоматическая система работает следующим образом.

Непрерывный выходной сигнал с иэ- р5 мерителя 8 (фиг. 1), соответствующий истинному значению концентрации сернистого ангидрида в печном газе, поступает в качестве переменной на вход регулирующего устройства 9 вторичного прибора газоанализатора, где сравнивается с сигналом задания, устанавливаемым эадатчнком

10. В зависимости от отклоне|ния концентрации сернистого анЗс гидрида от заданного значения регулирующий прибор 9 вырабатывает командный сигнал, воздействующий на исполнительный механизм 13, который, изменяет подачу жидкой серы в печь до тех пор,. пока концентрация сер- 4О нистого ангидрида ие станет равной заданному. значению. С задатчика 10 сигнал задания, который изменяется при необходимости изменить производительность агрегата (например, когда необходимо увеличить производительность при достижении верхнего предельного значения общего расхода воздуха на агрегат), посту- пает на вход управляющей вычислительной машины 12, куда также пос-. тупает выходной сигнал с задатчика

ll соответствующий максимально допустимой температуре в печи и изме- . няющийся в зависимости от состояния футеровки печи. 55

Значение общего расхода воздуха, который изменяется случайно при изменении сопротивления воздушного тракта производства серной кислоты или произвсщительности воздухо-нагнетателя, или целенаправлено для изменения производительности агрегата при постоянной концентрации сернис.того ангидрида в печном газе, пре-образуется с помощью первичного измерительного преобразователя 2 в сигнал, поступающий на измерительное устройство 3. Пропорциональный истинному значению общего расхода воздуха сигнал с выхода устройства 3 передается для регистрации на вторичный прибор 4 и на вход управляющей вычислительной машины 12. Значение рас-. хода воздуха в печь преобразуется с помощью первичного измерительного преобразователя 5 в сигнал, поступающий на измерительный элемент 6.

С выхода его сигнал, пропорциональный истинному значению расхода воздуха в печь, передается на регули« .рующий прибор 7 расходомера, где регистрируется и сравнивается с сигналом задания, соответствующим оптимальному расходу воздуха в печь и поступающим с выхода управляющей вычислительной машины 12. В зависимости от рассогласования регулирующий прибор 7 вырабатывает командный сигнал, воздействующий на исполнительный механизм 14, который изменяет расход воздуха в печь до тех пор, пока он не станет равным заданному оптимальному значению.

Оптимальный расход воздуха в печь рассчитывается управляющей вычислительной машиной 12 по следующему алгоритму. (После выполнения очередной операции следующая операция, которую нужно выполнять, указывается стрелкой) ° В блоке 15 формируется исходная информация на основе поступающих от внешних устройств сигналов переменных - общего расхода воздуха V o, заданного значения концентрации сернистого ангидрида в печном газе С и максимально допустимого значейия теМпературы газа в печи t< „, и вводимых значений

Q i в ()и згВ блоке 16 номеру внешнего циклаN присваивается значение, равное единице. В блоке 17 в зависимости от общего расхода воздуха на агрегат амвон номера внешнего цикла М рассчйтывается значение расхода воздуха в печь ЧВ. В блоке 18 каждый раз перед входом во внутренний цикл степени сгорания серы Х присваивается значение, равное единице. В блоке 19

Номеру вйутреннего цикла N также присваивается значение, равное единице. Далее в блоках 20-28 после довательно рассчитываются значения величин 08 ° г Ъ пес а,Ь, Г.Е,х по соответствующим уравнениям (1-9).

В блоке 29 сравнивается номер внутреннего цикла N с единицей. Еслй

N = 1, т.е. выполняется первый внутренний цикл расчета, то вычислительный процесс продолжается в блоке

30, где номеру внутреннего цикла N присваивается очередное новое значение и операции, начиная с блока

20, повторяются. Если N 0 1, то в

874607 блоке 31 рассчитывается величина

GS2, представляющая собой разность между значениями расхода серы в.печь в текущем и предшествующем внутренних циклах расчета. В блоке 32 величина

GS2 сравнивается с выбранной точ5 ностью расчета расхода серы в печь равной 5. Если требуемая сходимость не достигнута, т.е. GS2 > б в блоке 30 номеру внутреннего цикла

N присваивается очередное новое

10 значение и операции, начиная с блока

20, повторяются. Если условие GS2 > 6 не выполняется, т.е. требуемая точность расчета достигнута, осуществля- ется выход из внутреннего цикла и вычислительный процесс продолжается в блоке 33, где проверяется соблюдение ограничения по температуре в печи, сравнивается рассчитанное значение температуры печных газов в печи t (М) с максимапьно допустимым 20

t ц . Если ограничение нарушено, Г . т.е. (М) ъ 1 „,, расчет заканчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения расхода воздуха в печь, котоРым является значение предшествующего цикла расчета, т.е. ЧВ(М-1). Если ограничение по температуре в печи не нарушено, т.е. если. условие 1 -(М) т не выполняется, то в блоке 35 сравни- Зо вается значение степени сгорания серы в печи текущего и предшествующего внешних циклов расчета. Если степень сгорания повысилась, т.е. если х(М) 7 х(М-l), то в блоке 36 номеру внешнего цикла М присваивается очередное новое значение и операции, начиная с блока 17, повторяются.

Если же степень сгорания не повысилась,-что соответствует невыполнению условия x(M) > x(M-1), то расчет за- 40 канчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения расхода воздуха в печь, которым является значение предшествующеro цикла расчета, т.е. V>.(М-1). Это значение направляется в качестве задания регулирующему прибору 7, Предлагаемий способ позволяет повысить степень сгорания серы на

0,001, при этом возрастает объем производства на 0,1%, уменьшается расходный коэффициент по сере на

0,0004 и снижаются затраты на текущий и капитальный ремонты оборудования на 0,05-0,075 руб/т.

Формула изобретения

Способ 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 шийся 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 допустимого значения в печи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бернштейн И.М. и др. Автоматизация управления сернокислотным производством. М., Химия, 1975, с. 65.

2. Авторское свидетельство СССР

9 135472 кл. С 01 В 17/54, 1961.

3. Амелин A.Ã. Производство серной кислоты. М., Химия, 1967, с. 397.

874607

Фиа 2

Составитель Р. Клейман

Редактор А. Шишкина Техред A.A÷ Корректор М. Демчик

«ж- -»

Заказ 9237/36 Тираж 508 ° Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4