СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА ХОДОМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЫРЬЕВОЙ ОСНОВЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ В КОНЕЧНЫЙ УГОЛЬНЫЙ ПРОДУКТ Российский патент 1995 года по МПК C10B47/00 C01B31/08 

Изобретение относится к технике для управления технологическими процессами, в особенности в процессе с несколькими переменными параметрами, в частности к способам контроля за ходом преобразования сырьевой основы, используемой для производства активированного угля, в конечный угольный продукт.

Известен способ контроля за ходом преобразования ископаемой угольной основы в кокс, включающий измерение в контролируемой системе температуры, регистрирование продолжительности нахождения сырьевой основы в регулируемой системе, вычисление выходного качественного показателя, построения графика ведения процесса во времени и оптимизацию ведения процесса во времени [1]
Особенностью известного способа является то, что вычисляемым выходным качественным показателем принимают термическую нагрузку на сырье, учитывающую лишь косвенно происходящие в сырьевой основе структурные изменения.

Это не позволяет получать более прямую, более точную информацию о состоянии контролируемой системы.

Известен также способ контроля за ходом преобразования сырьевой основы в коксовый продукт, включающий вычисление выходного качественного показателя контролируемой системы, временное задерживание информации об этом вычисленном показателе и сравнение его с эталонным заданным показателем [2]
Особенностью известного способа является то, что вычисляемым выходным качественным показателем принимают продолжительность нахождения сырьевой основы в технологическом цикле, учитывающим лишь вспомогательные процессы, происходящие в контролируемой системе.

Это не позволяет включить в аналитический информационный массив главную информацию о процессе.

Прототипом изобретения является способ контроля преобразования сырья для кокса в конечный угольный продукт, включающий измерение в контролируемой массы, ее влажности и зольности, измерение количества контролируемой массы, коррекцию массы по зольности, коррекцию водородосодержания по влажности и определение по скорректированным параметрам выходного качественного показателя контролируемой массы [3]
Особенностью принятого за прототип способа является то, что в качестве выходного качественного показателя используют безсопоставительный констационный показатель, в частности величину, констатирующую выход контролируемой массы. Наличие использования безсопоставительного выходного качественного показателя не позволяет зафиксировать изменения в преобразования происходящем, с контролируемой массой за время, проходящее от момента поступления ее в контролируемую систему в состоянии сырьевой основы до момента ее выхода оттуда в состоянии конечного угольного продукта (или промежуточных продуктов). Это обуславливает непривязываемость получаемого массива к информации к графику оперативных технологических изменений в контролируемой системе, что снижает качество осуществляемого контроля.

Особенностью принятого за прототип способа является также то, что контролируемой массой, характеризуемой выходным качественным показателем, выбирают сопутствующую массу, в частности массу летучих продуктов, а не целевую массу углеродных продуктов. Выбор для наблюдения за контролируемой системой сопутствующей контролируемой массы позволяет наладить за ней только косвенный контроль, дающий менее адекватную информацию о ходе производственного процесса по сравнению с информацией, которая могла бы быть получена при организации прямого контроля.

Недостатком этого способа является наличие при его реализации недостаточной степени адекватности получаемой информации требуемому информационному запросу.

Целью изобретения является устранение недостатка прототипа.

Для достижения цели определение по скорректированным параметрам выходного качественного показателя производят, как вычисление сугубо сопоставительного показателя, в частности, как вычисление степени обгара сырьевой основы, определяемой путем предварительного вычисления в контролируемой массе количества сугубо углеродной массы, выступающей как целевая по отношению к производственному угольному продукту, а вычисление количества этой целевой массы производят путем определения содержания в пробе инородных элементов, вычисляемого по полученному скорректированному водородосо- держанию, и после этого определения производят дополнительную коррекцию ранее скорректированной по зольности массы, используя для этой дополнительной коррекции упомянутое вычисленное содержание в пробе инородных элементов.

Предлагаемый способ поясняется фиг. 1-5.

Контролируемую систему 1, в которой организован поток контролируемой массы, приводят в состоянии полной технологической готовности к запуску ее подсистем. Контролируемую систему 1 считают приведенной в состояние технологической готовности тогда, когда получена информация о технологической готовности от полного состава подсистем: от контролируемой подсистемы 2 подачи контролируемой массы, в частности сырьевой основы; от контролируемой подсистемы 3 подачи подшихтовывающих добавок, от контролируемой подсистемы 4 выдерживания тепло-массообменного материалопотока; от контролируемой подсистемы 5 отвода контролируемой массы сопутствующих летучих продуктов термического разложения органических сырьевых компонентов; от контролируемой подсистемы 6 приема основной контролируемой массы целевых угольных продуктов. После приведения контролируемой системы 1 в состояние технологической готовности приводят в пусковое взаимодействие подсистемы 2.4 подачи сырьевой основы и выдерживания тепло-массообменного материалопотока. В начальный момент приведения в пусковое взаимодействие этих подсистем 2.4 производят задействование размещенных в подсистеме 4 тепло-массообменного материалопотока датчика 7 слежения за продолжительностью τ нахождения проб сырьевой основы в технологическом цикле и датчика 8 слежения за термической нагрузкой Т на сырьевую основу. Сигналы этих датчиков 7 и 8 подают соответственно на входы параллельных измерителей 9 и 9 продолжительности нахождения сырьевой основы в технологической процессе и на вход одиночного измерителя 10 термической нагрузки на сырьевую основу, которые производят фиксирование соответствующих параметров в пробном объеме, ожидающем прихода тепло-массообменного материалопотока. Одновременно в подсистеме 2 подачи сырьевой основы производят задействование датчика 11 определения в пробах влажности U_o сырьевой основы, датчика 12 определения в пробах водородистости (водородосодержания) U_o сырьевой основы, датчика 13 количества преобразуемой массы γ_o сырьевой основы и датчика 14 зольности А_о проб сырьевой основы. Сигналы с датчиков 11-14 подают соответственно на вход измерителя 15 влажности сырьевой основы на вход измерителя 16 водородосодержания сырьевой основы, на вход измерителя 17 количества массы сырьевой основы и на вход измерителя 18 зольности сырьевой основы. Затем в подсистеме 3 подачи подшихтовывающих добавок производят задействование датчика 19 влажности W_д подшихтовывающих добавок, датчика 20 водородосодержания Н_д подшихтовывающих добавок, датчика 21 количества массы γ_д подшихтовывающих добавок и датчика 22 зольности А_дподшихтовывающих добавок. Сигналы с датчиков 19-22 подают соответственно на вход измерителя 23 влажности подшихтовывающих добавок, на вход измерителя 24 водородосодержания подшихтовывающих добавок, на вход измерителя 25 количества массы подшихтовывающих добавок, на вход измерителя 26 зольности подшихтовывающих добавок. После этого в подсистеме 5 отвода летучих продуктов производят задействование датчика 27 влажности W_д летучих продуктов терморазложения сырьевой основы, датчика 28 водородосодержания Н_л летучих продуктов и датчика 29 количества массы γ_л летучих продуктов. Сигналы с датчиков 27-29 подают соответственно на вход измерителя 30 влажности летучих продуктов, на вход измерителя 31 водородосодержания летучих продуктов, на вход измерителя 32 количества массы летучих продуктов. В завершение, в подсистеме 6 приема угольной продукции производят задействование датчика 33 влажности W_п угольной продукции, датчика 34 водородосодержания Н_пугольной продукции, датчика 35 количества массы γ_п угольной про- дукции и датчика 36 золосодержания A_п угольной продукции. Сигналы с датчиков 33-36 подают соответственно на вход измерителя 37 влажности углеродной продукции, на вход измерителя 38 водородосодержания углеродной продукции, на вход измерителя 39 количества массы углеродной продукции и на вход измерителя 40 зольности углеродной продукции.

Выверенный в измерителе 17 сигнал γ_o количестве массы сырьевой основы преобразуют в сигнал γ_o-A количестве беззольной массы сырьевой основы. Для этого сигнал с выхода измерителя 17 подают на вход корректора 41, у которого обеспечен параллельный прием его дополнительным входом сигнала, принимаемого корректирующим, в частности сигнала с выхода измерителя 18 зольности. Корректор 41 выдает со своего выхода скорректированный сигнал, формируемый по закону
γ_o-a= 1 где γ_o-A беззольная массы сырьевой основы;
γ_o общая масса сырьевой основы;
А_о зольность сырьевой основы.

Аналогичным образом выверенный в измерителе 25 сигнал γ_д о массе подшихтовывающих добавок преобразуют в сигнал γ_д-A о беззольной массе подшихтовывающих добавок, используя корректор 42, а выверенный в измерителе 39 сигнал γ_п о массе угольной продукции преобразуют в сигнал γ_п-A о беззольной массе угольной продукции, используя корректор 43.

Далее выверенный в измерителе 16 сигнал H_o о водородосодержании сырьевой основы преобразуют в сигнал Н_о-w о водородосодержании безводной сырьевой основы. Для этого сигнал с выхода измерителя 16 подают на вход корректора 44, у которого обеспечен параллельный прием его дополнительным входом принимаемого корректирующим сигнала с выхода измерителя 15 влажности сырьевой основы. Корректор 44 выдает со своего выхода скорректированный сигнал, формируемый по закону
Н_о-w= H_o W_o ˙ H_w, где H_o-w водородосодержание безводной сырьевой основы;
Н_о водородосодержание влажной сырьевой основы;
W_o влажность сырьевой основы;
H_w водородосодержание воды (Н_w).

Аналогичным образом выверенный в измерителе 23 сигнал преобразуют в сигнал Нд-w о водородосодержании безводных сырьевых добавок, используя корректор 45; выверенный в измерителе 30 сигнал Н_л о водородосодержании летучих продуктов преобразуют в сигнал Н_л-w о водородосодержании безводных продуктов, используя корректор 46; и выверенный в измерителе 37 сигнал Н_п с водородосодержании угольного продукта преобразуют в сигнал Н_п-w о водородосодержании безводного угольного продукта, используя корректор 47.

После этого полученный в корректора 47 сигнал Н_п-w о водородосодержании безводного угольного продукта преобразуют в сигнал H_поб содержании инородных элементов (иноатомности) угольного продукта, учитывающей его кислородосодержание и азотосодержание. Для этого сигнал с выхода корректора 47 подают на вход вычислителя 48. Вычислитель 48 выдает со своего выхода преобразованный сигнал, формирующий по закону
J_п= Н_п-w + K_o ˙ O_п + К_n ˙ N_п, где J_п иноатомность угольного продукта;
Н_п-w водородосодержание безводного угольного продукта;
О_п кислородосодержание угольного продукта (задается с использованием опытных данных);
К_по поправочный коэффициент, зависящий от Н_п-w;
N_п азотосодержание угольного продукта (задается с использованием опытных данных);
К_пN поправочный коэффициент, зависящий от Н_п-w.

Аналогичным образом полученный в корректоре 46 сигнал Н_л-w о водородосодержании безводных летучих продуктов преобразуют в сигнал J_лоб иноатомности летучих продуктов, используя вычислитель 49 и поправочные коэффициенты К_ло и К_лn, полученный в корректоре 45 сигнал Н_п-w о водородосодержании безводных подшихтовывающих добавок преобразуют в сигнал J_д об иноатомности подшихтовывающих добавок используя вычислитель 50 и поправочные коэффициенты К_до и К_дn, и полученный в корректоре 44 сигнал Н_о-w о водородосодержании безводной сырьевой основы преобразуют в сигнал J_o об иноатомности сырьевой основы, используя вычислитель 51 и поправочные коэффициенты К_оо и К_оn.

Далее полученный в корректоре 43 сигнал γ_п-A о количестве беззольной массы угольного преобразуют путем дополнительной коррекции в сигнал C^п о количестве целевой углеродной массы в угольном продукте. Для этого сигнал с выхода коppектора 43 подают на вход корректора 52, у которого обеспечен параллельный прием его дополнительным входом сигнала, принимаемого корректирующим, в частности сигнала с выхода вычислителя 48. Корректор 52 выдает со своего выхода скорректированный сигнал, формируемый по закону
C_п= 1 где C_п количество целевой углеродной массы в угольном продукте;
γ_п-A беззольная масса угольного продукта;
J_п иноатомность угольного продукта.

Аналогичным образом полученный в измерителе 32 сигнал γ_ло массе летучих продуктов преобразуют в сигнал С_л о количестве углерода летучих продуктов, используя корректора 53 и корректирующий сигнал Jл, полученный в корректоре 42 сигнал γ_д-A о беззольной массе подшихтовывающих добавок преобразуют в сигнал С_д о количестве углерода подшихтовывающих добавок, используя корректор 54 и корректирующий сигнал J_д; полученный в корректоре 42 сигнал γ_o-A беззольной массе сырьевой основы преобразуют в сигнал С_о о количестве целевой углеродной массы в сырьевой основе, используя корректоры 55 и 51 и сигнал J_o.

Получаемый в корректоре 55 сигнал С_о о количестве углерода в сырьевой основе подвергают преобразованию в сигнал C_o+Δτ с временной задержкой Δτ (задержанный). Для этого сигнал с выхода корректора 55 подают на вход временного задерживателя 56, у которого обеспечен параллельный прием его дополнительным входом сигнала, принимаемого за синхронизирующий, в частности сигнала τ с выхода измерителя 8 продолжительности нахождения сырьевой основы в технологическом процессе. Временной задерживатель 50 выдает со своего выхода задержанный сигнал только в тот момент, когда обеспечено получение с корректора 52 сигнала C_пτ C_п о количестве углерода в угольном продукте после истечения полной (суммарной) продолжительности Στ_i пребывания сырьевой основы в контролируемой системе, соответствующей про- должительности технологического процесса. Величина сформированного сигнала С_пτ выдаваемого с корректора 52, соответствует на синхронизируемый момент мгновенной величине текущего значения сигнала С_п.

Обработку сигналов С_д и С_л на момент получения сигнала С_пτпрекращают. Их резервируют в полученном виде, и используют как конечные, информационно-осведомительные служащие, по мере возникновения необходимости для вспомогательных информационных нужд, например, для определения V выхода летучих продуктов или для определения S степени подшихтованности сырья.

Полученные в задерживателе 56 и коppекторе 52 сигналы C_o+Δτ и С_пτо количестве углерода в сырьевой основе и о количестве углерода в угольной продукции преобразуют в аналитический сигнал R_o об общем коэффициенте (степени) обгара сырьевой основы. Указанный сигнал используется как опорный для получения информации о выходном конечном показателе состояния системы 1. Для получения R_o осуществляют подачу сигналов с выходов задерживателя 56 и корректора 52 на параллельные входы вычислителя 57. Вычислитель 57 выдает со своего выхода расчетный сигнал, сформулированный по закону
R_o= × 100
где R_o коэффициент (степень) обгара сырьевой основы;
С_пτ количество углерода в угольном продукте, зафиксированное в момент τ+Δτ
C_o+Δτ количество углерода в сырьевой основе, зафикисированное в момент τ.

Полученный сигнал R_o, несущий сугубо сопоставительную информацию, используют как обобщенную характеристику результата произведенного преобразования сырьевой основы в угольный продукт, дающую лишь ориентировочное представление о реальной выдержке графика технологических изменений в контролируемой системе.

Для получения детальной картины о ходе преобразования сырьевой основы в угольный продукт производят слежение за изменением коэффициента обгара по истечению каждой из стадий технологического процесса в контролируемой системе 1. Для этого контролируемую систему 1 расчленяют на отдельные контролируемые объекты, наиболее информативные для осуществления текущего наблюдения. В частности, в качестве наиболее информативных контролируемых объектов устанавливают (см. фиг. 2) мельничный агрегат 58 для осуществления размола сырьевой основы, в ходе которого происходит ее преобразование в помол; смесительный агрегат 59 с дозаторами 60 и 61 подшихтовывающих добавок и пропиточного агента, осуществляющий подшихтовку и пропитку (технологических полуфабрикатов), в ходе которых происходит преобразование помола в шихту и шихты в пластиках; формирующее устройство 62 для осуществления грануляции технологических полуфабрикатов; в ходе которого происходит преобразование пластиката в гранулят; печной агрегат 63 с оснасткой 64 для отвода побочных летучих продуктов, осуществляющий сушку, карбонизацию и активацию (технологических полуфабрикатов), в ходе которых происходит преобразование гранулята в сушенку, сушенки в карбонизат и карбонизата в огарок; экстракционный агрегат 65 с дозатором 66 промывного агента, осуществляющий промывку (технологических полуфабрикатов), в ходе которой происходит преобразование огарка в сырец; печной агрегат 66 для осуществления доактивации (технологических полуфабрикатов), в ходе которого происходит преобразование сырца в активат, выступающий в качестве конечного целевого угольного продукта.

Для каждого из регулируемых объектов 58-66 производят с помощью вычислителей 67₁˙ 67_П-67_i-67_VIII формирование сигналов о соответствующих коэффициентах обгара. В частности с помощью указанных вычислителей формируют: сигнал R_p об обгаре помола, характеризующий ход проведения размола сырьевой основы; сигнал R_ш об обгаре шихты, характеризующий ход подшихтовки; сигнал R_п об обгаре пластиката, характеризующий ход пропитки; сигнал R_г об обгаре сушенки, характеризующий ход сушки; сигнал R_а об обгаре огарка, характеризующий ход активации, сигнал R_э об обгаре сырца, характеризующий ход промывки. Массив полученной информации дополняют сигналом R_o об общем конечном обгаре сырьевой основы, который в этом массиве выполняет также функцию сигнала R_д об обгаре активата, характеризующий ход доактивации.

Одновременно с получением сигналов об обгаре технологических полуфабрикатов на различных стадиях технологического процесса производят преобразование сигнала Т о термической нагрузке на сырьевую основу в подсистеме 4 тепло-массообменного потока, фиксируемого измерителя 10, в сигналы Тτi с временной задержкой Δτ i (задержанием), несущих память об температурной характеристике процесса, выбранной в качестве дополняющей главной характеристики процесса. В частности сигнал Т измерителя 10 преобразуют: в сигнал Т_р о термической нагрузке на помол; сигнал Т_ш о термической нагрузке на шихту; сигнал Т_п о термической нагрузке на пластикат; сигнал Т_г о термической нагрузке на гранулят; сигнал Т_с о термической нагрузке на сушенку; сигнал Т_к о термической нагрузке на карбонизат; сигнал Т_а о термической нагрузке на огарок; сигнал Т_э о термической нагрузке на сырец; сигнал Т_д о термической нагрузке на активат. Для получения с временной задержкой Δτi указанных сигналов осуществляют подачу сигнала Т_о с выхода измерителя 10 на вход временного задерживателя 68, у которого обеспечен прием его дополнительным входом сигнала, принимаемого за синхронизирующий, в частности сигнала с выхода измерителя 9' продолжительности τi нахождения технологических полуфабрикатов в технологическом процессе. Временной задерживатель 68 выдает со своего выхода задержанные сигналы, формируемые в моменты получения с вычислителей 67₁-67_VIII сигналов об обгаре, приобретаемом контролируемой массой после истечения времени завершения соответствующих стадий изменении в контролируемой системе 1.

Сигналы R_p+R_д и Т_р+Т_д, полученные с выходов вычислителей 57 и 67₁-67_VIII и временного задерживателя 68, используют для построения графиков, дающих визуальное представление о ходе в контролируемой системе 1 технологического процесса (см. фиг. 3 и 4). В частности для нужд оперативного контроля производят построение индивидуальных двухкоординатных графиков (см. фиг. 3): графика) изменение во времени τ термической нагрузки Т на сырье; график б) изменение во времени τ степени обгара R сырья, дополнительно производят также построение обобщенной трехкоординатной системы (см. фиг. 4) указанных графиков а) и б), геометрически суммирующей графиковую информацию, в результирующий график с) изменение во времени U потенциала преобразования сырья. Последний график с) освобождает полученную информацию от избыточной многокоординатной информации, предоставляя свободу для ее перевода ее на двухкоординатное информационное поле (см. фиг. 5), в котором координате Х соответствуют текущие значения сигнала τ о продолжительности нахождения сырья в технологическом процессе, а координате У величины уровней U потенциала преобразования сырья.

Для получения требуемых для построения графика с) величин Ui уровней потенциала U сигналы Rτi об обгаре сырьевой основы на различных i-тых стадиях технологического процесса подвергают необходимым преобразованиям в вычислителях 69₁-69_IX. В ходе производимого преобразования i-тый Rτi сигнал подают выхода i-того вычислителя 67 на вход i-того вычислителя 69, у которого на принятый дополнительный вход подают i-тый сигнал Т_i. Формирование U_i сигнала в вычислителях 69 происходит по закону
± U_i= ± где U_i потенциал преобразования сырья, достигнутый на i-той стадии процесса в контролируемой системе;
R_i обгар сырья на i-той стадии;
T_i термическая нагрузка на сырье на i-той стадии.

Информационный массив, составленный из полученных U_i сигналов, используют в графопостроителе. На основании полученных данных осуществляют анализ графика реального хода технологического процесса в контролируемой системе. Анализ производят либо визуально ручным методом, для чего производят сравнение реально полученного и эталонного графиков, либо с помощью машинно-счетных компьютерных средств.

Условием для вывода о правильности и оптимальности хода технологического процесса считают стремление к нулю разницы между сравниваемыми значениями эталонного и реального сигналов на графиках. Математической записью указанного условия принимают выражение
ΔU_i≡U_фi-U_зi≈ 0, где Δ U_i разница в эталонной (заданной) и реальной (фактической) величинах потенциала преобразования сырья и i-той стадии технологического процесса;
U_фi фактическая величина потенциала по окончанию i-той стадии;
U_зi заданная величина потенциала по окончанию i-той стадии.

Техническим преимуществом предлагаемого способа контроля по сравнению с прототипом является обеспечение им большей адекватности реализуемой по нему модели контролируемой системы по отношению к реальной производственной системе, а также облегчение обработки сырьевой основы по оптимальному технологическому режиму.

Использование: термическая переработка торфа. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ включает измерение в контролируемой системе водородосодержания пробы контролируемой массы, ее влажности, ее зольности, измерение количества контролируемой массы, коррекцию этой массы по зольности, коррекцию водородосодержания этой массы по влажности и определению по скорректированным параметрам выходного качественного показателя контролируемой массы. Новым в способе является то, что определение по скорректированным параметрам выходного качественного показателя производят как вычисление степени обгара сырьевой основы. Эту степень определяют путем предварительного вычисления в контролируемой массе чисто углеродной массы, выступающей, как целевая, по отношению к производственому угольному продукту. Вычисление самого количества этой целевой массы производят путем определения содержания в пробе инородных элементов (иноатомности). Указанное содержание вычисляют по полученному скорректированному водородосодержанию. После вычисления указанного содержания производят с помощью его дополнительную коррекцию ранее скорректированной по зольности массы. 5 ил.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА ХОДОМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЫРЬЕВОЙ ОСНОВЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ В КОНЕЧНЫЙ УГОЛЬНЫЙ ПРОДУКТ, включающий измерение на входе в технологический цикл водородосодержания, влажности, зольности и массы сырьевой основы, измерение на выходе из технологического цикла водородосодержания, влажности и массы летучих продуктов, коррекцию массы сырьевой основы по зольности, коррекцию водородосодержания сырьевой основы и летучих продуктов по их влажностям и определение по скорректированным величинам выходного качественного параметра, отличающийся тем, что дополнительно измеряют на входе в технологический цикл водородосодержание, влажность, зольность и массу подшихтовывающих добавок, на выходе из технологического цикла водородосодержание, влажность, зольность и массу конечного угольного продукта, время нахождения этого продукта в технологическом цикле и температуру нахождения сырьевой основы в технологическом цикле, причем по измеренным величинам производят коррекцию массы конечного угольного продукта по зольности, водородосодержания этого продукта по влажности, массы подшихтовывающих добавок по зольности, водородосодержания этих добавок по влажности, а затем по скорректированным величинам определяют углесодержание сырьевой основы, подшихтовывающих добавок, конечного углеродного продукта и летучих продуктов, после чего по определенным углесодержаниям устанавливают массосодержание углеродных материалопотоков на входе-выходе технологического цикла, по установленным массосодержаниям определяют степень обгара сырьевой основы в технологическом цикле и после по определенной степени обгара фиксируют скорость изменения степени обгара сырьевой основы, отнесенную к одному градусу температуры.