СИСТЕМА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ВАРОЧНОГО КОТЛА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С ПАРОВОЙ ФАЗОЙ Российский патент 2014 года по МПК D21C7/12 

Область технического применения

Настоящее изобретение относится к системе и способу регулирования работы варочного котла непрерывного действия с паровой фазой, используемого в производстве целлюлозной массы.

Уровень техники

В существующих системах, содержащих варочный котел непрерывного действия с паровой фазой, с расположенным вверху впуском для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с расположенным внизу выпуском для выпуска отваренной волокнистой массы, варочным котлам с паровой фазой всегда придавали размеры, основанные на критерии, заключавшемся в том, что варочный котел полностью заполнен средой. Такой принцип задания размеров был правилом при создании варочных котлов с паровой фазой, известных под названием Kamyr, с тех пор, как компания Metso Fiber Karlstad AB (позже называвшаяся Kamyr AB) установила первый варочный котел в Фенгерфорсе (Fengerfors) в 1950 г. с производительностью 50 ТАСМ/24 ч, до установки варочных котлов с паровой фазой в 2007 г. с производительностью, приближавшейся к 4000 ТАСМ/24 ч (ТАСМ - тонна абсолютно сухой массы) в Индонезии, в Indah Kiat, Jambi and Lontar Papyrus.

После достижения установившегося непрерывного режима работы было замечено, что варочный котел был выполнен слишком больших размеров, так как уровень среды во время нормальной работы установился на значительном расстоянии ниже верха варочного котла. В крупных варочных котлах среда находилась приблизительно на 10 м ниже верха варочного котла при установившемся режиме работы, что соответствовало пониженному статическому давлению на оболочку варочного котла на 1 бар. Варочный котел строят по размерам также с расчетом на номинальное заданное значение давления в газовой фазе, которое может быть заданным целевым значением в диапазоне 3-8 бар. В варочном котле высотой 100 м с давлением в газовой фазе 5 бар проектное давление представляется суммой из статического давления среды, которой заполнен варочный котел, и давления газовой фазы, составляющего 15 бар.

Задание размеров оболочки варочного котла, таким образом, основано, во-первых, на задании размеров емкости, заполняемой средой, и на соответствующем заданном значении давления в газовой фазе, и, во-вторых, на соответствующей температуре, которой определяется тепловая нагрузка на емкость варочного котла. Может быть также принят во внимание факт, касающийся установки варочного котла в географической зоне, подверженной землетрясениям. Все эти критерии, связанные с заданием размеров, влекут за собой проблему, касающуюся толщины материала, которую требуется увеличивать не только для удовлетворения основного критерия задания размеров, но также для удовлетворения вторичного критерия задания размеров, ведущего к дополнительному увеличению потребления материала и повышению стоимости. Если возможно повлиять, например, на основной критерий задания размеров, то тогда было бы возможно изготовить весь варочный котел при существенно меньшем потреблении материала и более низких инвестиционных затратах.

Цель изобретения

Первой целью изобретения является изготовление варочного котла непрерывного действия, соответствующего заданным рабочим параметрам, где стоимость варочного котла может быть снижена на величину, приближающуюся к 10%, но все же при удовлетворении критерия задания размеров.

Второй целью является уменьшение потребления листового металла для обеспечения экономичного изготовления варочного котла, которое не вело бы к большой нагрузке на доступное обеспечение сырьевыми материалами. Снижение нагрузки на природные ресурсы страны стало еще более важной задачей за последние десятилетия. Необходимо, чтобы удовлетворялась определенная потребность в экономичном оборудовании для определенных поставок.

Третьей целью является обеспечение пределов чрезмерно высоких параметров работы варочного котла, которые отклоняются от номинальных рабочих параметров во время установившегося стабильного режима работы.

Краткое описание изобретения

Изобретение относится к системе для регулирования работы варочного котла непрерывного действия с паровой фазой, с впуском, расположенным вверху, для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с выпуском, расположенным внизу, для выпуска отваренной волокнистой массы. Соответствующие вводимые в процесс потоки, например поток щепы и связанные с ним потоки варочных жидкостей, регулируют с помощью регулятора процесса, в зависимости от выпускаемых из текущего процесса потоков, например потоков выпускаемых варочных жидкостей и выпускаемой отваренной волокнистой массы. Регулирование осуществляют для создания газовой фазы над уровнем варочной жидкости в варочном котле и уровнем щепы в варочном котле, где уровень щепы находится выше уровня жидкости, по меньшей мере, во время установившегося непрерывного режима работы, и уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном коте.

Регулятор процесса содержит первый комплект датчиков, соединенных с регулятором процесса и используемых для управления первым комплектом регуляторов, установленных на впусках для ввода сильно измельченного целлюлозного материала и варочных жидкостей в варочный котел.

Система согласно изобретению содержит контроллер нагрузки, независимый от регулятора процесса, который содержит второй комплект датчиков, соединенных с контроллером нагрузки и используемых для управления вторым комплектом регуляторов, установленных на впусках для ввода сильно измельченного целлюлозного материала и варочных жидкостей в варочный котел.

С помощью регулятора процесса регулируют давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом целевых значений в регуляторе процесса, тогда как с помощью контроллера нагрузки осуществляют мониторинг за давлением в газовой фазе, уровнем щепы и уровнем среды в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создаются более высокие нагрузки, действующие на емкость варочного котла, чем в результате управления, осуществляемого с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями. При превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки перекрывает по меньшей мере один из соответствующих вводимых потоков с помощью второго комплекта регуляторов, соединенных с контроллером нагрузки.

Второй комплект регуляторов, соединенных с контроллером нагрузки, предпочтительно представлен клапанами свободного прохода во время нормальной установившейся работы, которые закрываются при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки. Эти проточные клапаны независимы от регулирования, осуществляемого регулятором процесса на выпусках и на впусках варочного котла.

Второй комплект регуляторов, соединенных с контроллером нагрузки, может быть альтернативно представлен регуляторами потоков машин, продвигающих потоки, т.е. транспортирующих потоки, вводимые в варочный котел или выводимые из него. С помощью этих контроллеров потоков прерывают подачу рабочей мощности к машинам, продвигающим потоки, при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки. Эти контроллеры потоков также независимы от регулирования, осуществляемого регулятором процесса на выпусках и на впусках варочного котла.

Способ согласно изобретению относится к регулированию работы варочного котла непрерывного действия с паровой фазой, с впуском, расположенным вверху, для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и выпуском, расположенным внизу, для выпуска отваренной волокнистой массы. Соответствующие вводимые в процесс потоки, например поток щепы и связанные с ним потоки варочных жидкостей, регулируют с помощью регулятора процесса, в зависимости от выпускаемых из текущего процесса потоков, например потоков выпускаемых варочных сред и выпускаемой отваренной волокнистой массы. Регулирование осуществляют для создания газовой фазы над уровнем варочной среды в варочном котле и уровнем щепы в варочном котле, где уровень щепы находится выше уровня среды по меньшей мере во время установившегося непрерывного режима работы. Уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном коте.

Согласно способу впуском сильно измельченного целлюлозного материала и варочных жидкостей в варочный котел управляют в соответствии с группой первых параметров процесса с помощью первого предназначенного для этого регулятора процесса, тогда как за нагрузкой, действующей на емкость варочного котла, осуществляют мониторинг с помощью контроллера нагрузки, независимого от регулятора процесса. С помощью регулятора процесса регулируют давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса, тогда как с помощью контроллера нагрузки осуществляют мониторинг за давлением в газовой фазе, за уровнем щепы и уровнем жидкости в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллер нагрузки. В результате взаимодействия давления в газовой фазе, уровня щепы и уровня жидкости создается более высокая нагрузка от давления на емкость варочного котла, чем нагрузка от давления, создающаяся в результате действия регулятора процесса в соответствии с текущими заданными значениями, и при превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки перекрывает по меньшей мере один поток, вводимый в варочный котел, независимо от действия, оказываемого регулятором процесса на этот вводимый поток.

При таком разделении на две независимые системы в виде регулятора процесса и контроллера нагрузки, каждый из которых снабжен независимыми датчиками и регуляторами, можно осуществлять управление работой установки, содержащей варочный котел, в соответствии с текущими заданными значениями в регуляторе процесса, и использовать независимую систему аварийной защиты с помощью контроллера нагрузки, что позволяет придавать всему варочному котлу такие размеры, чтобы можно было создавать наибольшую возможную общую нагрузку от давления в варочном котле.

В одном предпочтительном варианте осуществления способа, с помощью регулятора процесса управляют процессом в соответствии с первым заданным значением уровня среды и давления в верхней части варочного котла, где общая нагрузка от давления на емкость варочного котла, получившаяся в результате действия текущих параметров процесса, задается статической высотой уровня жидкости и давлением в газовой фазе в верхней части варочного котла, а контроллер нагрузки содержит по меньшей мере одно заданное пороговое значение общей нагрузки от давления, которое определяется по меньшей мере одним заданным фиксированным пороговым значением уровня среды в варочном котле и фиксированным заданным пороговым значением давления в газовой фазе. В этом варианте осуществления пороговое значение нагрузки в нижней части варочного котла может соответствовать нагрузке от уровня среды, который находится на 10 м ниже верха варочного котла, при давлении в газовой фазе 5 бар, и контроллер нагрузки активизируется, если превышено какое-либо одно из этих фиксированных пороговых значений.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления способа, с помощью регулятора процесса управляют процессом в соответствии с первым заданным значением уровня среды и давления в верхней части варочного котла, где общая нагрузка от давления на емкость варочного котла, получающаяся в результате действия текущих параметров процесса, задается статической высотой уровня среды и давлением в газовой фазе в верхней части варочного котла, а контроллер нагрузки содержит по меньшей мере одно заданное пороговое значение общей нагрузки от давления, которое определяется по меньшей мере одним заданным фиксированным пороговым значением нагрузки в нижней части варочного котла, заданным суммой нагрузки от уровня среды в варочном котле и давления в газовой фазе. В этом варианте осуществления пороговое значение нагрузки в нижней части варочного котла может соответствовать нагрузке от уровня среды, который находится на 10 м ниже верха варочного котла при давлении в газовой фазе 5 бар, но если давление в газовой фазе нужно понизить, то пороговое значение уровня среды повышается в соответствующей степени.

В одном случае применения изобретения общая стоимость варочного котла непрерывного действия с паровой фазой, с безопасным уровнем среды, находящимся на 11 м ниже верха варочного котла, и при общей высоте котла 72,5 м с диаметром внизу, большим 12 м, и с предварительно определенными рабочими параметрами, включающими максимальное давление, производительность и температуру (при использовании материалов по ценам апреля 2008 г.), может быть снижена с приблизительно 23,5 млн шведских крон до 21,2 млн шведских крон. Это составит, таким образом, экономию в 2,3 млн шведских крон, что соответствует приблизительно 10%.

Описание чертежей

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы регулирования работы варочного котла непрерывного действия согласно изобретению;

на фиг.2 - альтернативный или дополнительный контроллер нагрузки согласно изобретению;

на фиг.3 - вариант осуществления изобретения, представленного на фиг.2.

Подробное описание изобретения

В нижеследующем подробном описании используются понятия "заданное значение" и "пороговое значение".

Термин "заданное значение" здесь используется для обозначения заданного значения параметра процесса, в соответствии с которым системой регулирования осуществляется регулирование для поддержания этой величины, но действительное значение параметра процесса может отклоняться в большей или меньшей степени от этих заданных значений.

Термин "пороговое значение" здесь используется для обозначения порогового значения параметра процесса, которое не может быть превышено во время регулирования, обеспечиваемого системой регулирования в соответствии с заданными значениями, описанными выше. Таким образом, пороговое значение является предельным безопасным значением для регулирования работы варочного котла.

Система

На фиг.1 показана система для регулирования работы варочного котла 50 непрерывного действия с паровой фазой, с впуском 51, расположенным вверху, для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с выпуском 52, расположенным внизу, для выпуска отваренной волокнистой массы. Впуск 51 здесь представлен верхним сепаратором с верхним питанием. Варочный котел традиционно содержит ряд устройств, включающих фильтры-узлоловители 60-63, насосы 61-64 и центральные обходные трубопроводы 62-65, но эти устройства по существу не составляют какую-либо часть изобретения. Однако может осуществляться мониторинг любых из упомянутых выше устройств, как составляющих часть выпускаемых потоков из варочного котла, вместе с другими удаляемыми потоками.

С помощью регулятора процесса PC регулируют соответствующие вводимые в процесс потоки, например вводимый поток щепы CH_IN и связанные с ним потоки варочных жидкостей ST, WL, DL, в зависимости от выпускаемых из протекающего процесса потоков, например выпускаемых потоков варочных жидкостей LIQ_RET и выпускаемого потока отваренной волокнистой массы CH_OUT.

Целесообразно, чтобы вводимый поток щепы CH_IN измерялся посредством регулятора процесса PC с помощью расходометра 31, альтернативно с помощью насоса или затвора осуществляют мониторинг на линии впуска, а регулирование этого потока можно осуществлять с помощью регулятора процесса с использованием клапана 13.

Вводом потоков варочных жидкостей ST, WL, DL (пара, сульфатной варочной жидкости и разбавителя соответственно) можно управлять с помощью регулятора процесса PC с использованием клапанов 12, 11 и 10 соответственно.

Регулирование с помощью регулятора процесса осуществляют для создания газовой фазы ST_P над уровнем LIQ_LEV варочной среды в варочном котле и при уровне щепы CH_LEV в варочном котле, который находится над уровнем среды, по меньшей мере во время установившегося непрерывного режима работы, где уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном котле.

Целесообразно, чтобы уровень щепы определялся с помощью регулятора процесса посредством датчика 43 уровня щепы.

Регулятор процесса PC содержит первый комплект датчиков 40, 41, 43, соединенных с регулятором процесса и используемых для управления первым комплектом регуляторов 10, 11, 12, 13, установленных на впуске сильно измельченного целлюлозного материала и на впусках варочных сред в варочный котел.

Датчики 40, 41, 43 представлены датчиками давления, датчиками температуры и датчиками уровней жидкостей, соответственно, в варочном котле.

Предпочтительно, чтобы регуляторы 10, 11, 12, 13 были регуляторами клапанов, с помощью которых можно регулировать вводимый поток разбавителя или чистящей среды DL, сульфатной варочной жидкости WL, пара ST и вводимого потока щепы CH_IN.

Согласно изобретению система содержит контроллер нагрузки LC, независимый от регулятора процесса PC, где контроллер нагрузки содержит второй комплект 42 датчиков, соединенных с контроллером нагрузки и используемых для управления вторым комплектом регуляторов 20, 21, 22, 23, установленных на впуске сильно измельченного целлюлозного материала и на впусках варочных сред в варочный котел.

С помощью регулятора процесса регулируют давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса, а с помощью контроллера нагрузки осуществляют мониторинг давления в газовой фазе, уровня щепы и уровня среды в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создается более высокая нагрузка на емкость варочного котла, чем при управлении с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями. При превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки перекрывает по меньшей мере один из соответствующих вводимых потоков с помощью второго комплекта регуляторов 20, 21, 22, 23, соединенных с контроллером нагрузки.

Второй комплект регуляторов 20, 21, 22, 23, соединенных с контроллером нагрузки, представлен клапанами свободного прохода, которые закрывают при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки, где эти проточные клапаны независимы от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

Второй комплект регуляторов 20, 21, 22, 23, соединенных с контроллером нагрузки, может быть также представлен контроллерами потоков машин, продвигающих потоки, с помощью которых продвигают вводимые в варочный котел или выводимые из него потоки, где с помощью этих контроллеров потоков прерывают подачу рабочей мощности к машинам, продвигающим потоки, при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки и где эти контроллеры потоков независимы от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

Датчики 40, 41, 42, 43, соединенные с регулятором процесса PC и с контроллером нагрузки LC, обычно установлены по меньшей мере парами для обеспечения повышенной безопасности как для регулирования, так и для контролирования нагрузки. Однако на чертеже показана только одна позиция, хотя может быть размещено несколько датчиков в каждой позиции для обеспечения упомянутой повышенной безопасности. Например, обычно устанавливают 3-5 датчиков 43 уровня щепы для получения надежной индикации и проверки правильной работы датчиков.

Для увеличенной избыточности в области второго уровня проверку надлежащего функционирования датчиков 42 для контроллера нагрузки LC можно также производить посредством подтверждения правильности их действия в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора процесса через пригодный передатчик сигналов, обозначенный на чертеже знаком X.

Способ

Способ согласно изобретению управляет работой варочного котла 50 непрерывного действия с паровой фазой, с впуском 51, расположенным вверху, для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с выпуском 52, расположенным внизу, для выпуска отваренной волокнистой массы. С помощью регулятора процесса PC регулируют соответствующие вводимые в процесс потоки, например вводимый поток щепы CH_IN и связанные с ним потоки варочных сред ST, WL, DL, в зависимости от выпускаемых из протекающего процесса потоков, например выпускаемых потоков варочных сред LIQ_RET и выпускаемого потока отваренной волокнистой массы CH_OUT. Регулирование осуществляют известным образом для создания газовой фазы ST_P над уровнем LIQ_LEV варочной среды в варочном котле и над уровнем щепы CH_LEV в варочном котле, который находится над уровнем среды по меньшей мере во время установившегося непрерывного режима работы. Уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном котле.

Согласно изобретению впуски сильно измельченного целлюлозного материала и варочных сред в варочный котел регулируют в соответствии с рядом первых параметров процесса в первом предназначенном для этого регуляторе процесса PC, тогда как за нагрузкой, действующей на емкость варочного котла, осуществляют мониторинг с помощью контроллера нагрузки LC, независимого от регулятора процесса.

С помощью регулятора процесса PC регулируют давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса.

С помощью контроллера нагрузки осуществляют мониторинг давления в газовой фазе, уровня щепы и уровня жидкости в соответствии со вторым комплектом заданных значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создается более высокая нагрузка на емкость варочного котла, чем при управлении с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями.

При превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки перекрывает по меньшей мере один вводимый поток, независимо от регулирования этого вводимого потока, осуществляемого регулятором процесса в отношении этого вводимого потока.

Способ при фиксированных пороговых значениях уровня среды и давления

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения с помощью регулятора процесса управляют процессом в соответствии с первым заданным значением уровня среды и первым заданным значением давления в верхней части варочного котла, где общая нагрузка от давления, действующая на емкость варочного котла при фактических параметрах протекающего процесса, задается статической высотой уровня среды и давлением в верхней части варочного котла.

В этом варианте осуществления изобретения контроллер нагрузки содержит по меньшей мере одно пороговое значение общей нагрузки от давления, определенной по меньшей мере одним заданным фиксированным пороговым значением уровня среды в варочном котле и одним заданным фиксированным пороговым значением давления в газовой фазе.

В примере варианта осуществления с помощью регулятора процесса можно управлять процессом в варочном котле высотой 100 м в соответствии с заданными значениями уровня среды, который находится на 15 м ниже верха варочного котла, и заданным значением давления в паровой фазе, составляющим 5 бар. Регулирование вводимых в варочный процесс потоков и выводимых из него потоков осуществляют соответственно таким образом, чтобы достигались эти заданные значения, но при этом обеспечивается возможность отклонения параметров данного процесса от соответствующих величин во время регулирования.

Однако контроллер нагрузки в этом случае может содержать заданное пороговое значение уровня среды, которое находится на 10 м ниже верха варочного котла, и пороговое значение давления в паровой фазе, составляющее 8 бар. Как только превышается какое-либо одно из этих пороговых значений, контроллер нагрузки активизирует принудительное перекрывание по меньшей мере одного вводимого потока. Таким образом может быть обеспечена защита емкости варочного котла от действия нагрузки, где это регулирование независимо от регулирования варочного процесса.

Способ при фиксированных пороговых значениях общей нагрузки

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, с помощью регулятора процесса управляют процессом в соответствии с первым заданным значением уровня среды и первым заданным значением давления в верхней части варочного котла, где общая нагрузка от давления, оказываемого на емкость варочного котла при фактических параметрах протекающего процесса, задается статической высотой уровня среды и давлением в верхней части варочного котла.

В этом варианте осуществления изобретения контроллер нагрузки содержит по меньшей мере одно пороговое значение общей нагрузки от давления, определенной по меньшей мере одним заданным фиксированным пороговым значением нагрузки в нижней части варочного котла, заданным суммой нагрузки от уровня среды в варочном котле и давления в газовой фазе.

В примере варианта осуществления с помощью регулятора процесса можно управлять процессом в варочном котле высотой 100 м в соответствии с заданными значениями уровня среды, которые находятся на 15 м ниже верха варочного котла, и заданным значением давления в паровой фазе, составляющим 5 бар. Регулирование вводимых в варочный процесс потоков и выводимых из него потоков осуществляют соответственно таким образом, чтобы достигались эти заданные значения, но при этом обеспечивается возможность отклонения параметров данного процесса от соответствующих величин во время регулирования.

Однако контроллер нагрузки в этом случае может содержать заданное пороговое значение общей нагрузки от давления, соответствующее ситуации, в которой уровень среды находится на 10 м ниже верха варочного котла, и от порогового значения давления, составляющего 8 бар, в паровой фазе. Нагрузка в нижней части варочного котла, однако, задается суммой, состоящей из нагрузки от уровня среды в варочном котле и давления в газовой фазе, которая в этом случае соответствует столбу среды высотой 90 м и давлению, составляющему 8 бар, в паровой фазе, т.е. 9 бар плюс 8 бар, что составляет в сумме 17 бар.

Эти 17 бар и представляют пороговое значение.

В этих условиях возможно, чтобы уровень среды в емкости варочного котла повысился в некоторой степени, если в то же время понизилось давление в газовой фазе, при условии, что нагрузка не превысит 17 бар. Если, например, давление в газовой фазе понизилось на величину, составляющую от 0,5 бар до 7,5 бар, то можно было бы допустить повышение уровня среды до высоты, находящейся на 5 м ниже верха варочного котла.

Альтернативно возможно, чтобы давление в газовой фазе в этих условиях повысилось в некоторой степени, если уровень среды в емкости варочного котла в то же время понизился, при условии, что нагрузка не превысит 17 бар. Если, например, давление в газовой фазе повысилось на величину, составляющую от 0,5 бар до 8,5 бар, то нельзя допустить, чтобы уровень среды превысил уровень, находящийся на 15 м ниже верха варочного котла.

Как только пороговое значение, составляющее 17 бар, превышается, контроллер нагрузки осуществляет принудительное перекрывание по меньшей мере одного вводимого потока. Таким образом может быть обеспечена защита емкости варочного котла от действия нагрузки, где это регулирование независимо от регулирования варочного процесса.

Методы управления процессом

Можно использовать несколько стратегий регулирования при превышении соответствующих пороговых значений.

Согласно простому варианту осуществления все действия, требующиеся для регулирования, можно выполнять, как только происходит превышение пороговых значений. Эту стратегию защиты часто наиболее легко осуществлять во время налаживания работы системы. Это может означать, что все вводимые потоки, которые могут быть перекрыты, перекрывают немедленно. Например, все потоки: поток щепы CH_IN, поток сульфатной варочной жидкости WL, поток разбавителя DL и поток пара ST, могут быть перекрыты мгновенно.

Альтернативно, число перекрываемых вводимых потоков можно увеличивать постадийно в зависимости от степени происшедшего превышения порогового значения или если эффект регулирования не был достигнут в течение определенного периода активизации. Первой такой стадией может быть перекрывание потока щепы CH_IN, после чего может быть перекрыт поток сульфатной варочной жидкости WL, затем поток разбавителя DL и поток пара ST.

Если превышено заданное фиксированное пороговое значение давления газа, то могут быть перекрыты мгновенно или последовательно потоки, оказывающие превалирующее влияние на давление газа, например поток пара ST, поток щепы CH_IN и поток сульфатной варочной жидкости WL.

Если превышено заданное фиксированное пороговое значение уровня среды, то могут быть перекрыты мгновенно или последовательно потоки, оказывающие превалирующее влияние на уровень среды, например поток сульфатной варочной жидкости WL, поток разбавителя DL, поток щепы CH_IN и поток пара ST.

В дополнение к перекрыванию вводимых потоков, в ходе выполнения действий, перечисленных выше, направленных на управление процессом, могут быть увеличены потоки, выпускаемые из варочного котла, например поток отваренной волокнистой массы CH_OUT, а также могут быть увеличены выводимые из варочного котла потоки, обозначенные как REC. Сокращение "REC" здесь используется для обозначения удаляемой варочной среды, потребляемой в варочном котле, которую можно подавать непосредственно в процесс восстановления или можно пропускать через пропитку черным щелочным раствором, которая находится перед варочным котлом.

Дополнительное или альтернативное управление нагрузкой

На фиг.2 показан контроллер нагрузки, который можно использовать в дополнение к системе, показанной на фиг.1, или которым может быть полностью заменен контроллер нагрузки, показанный на фиг.1.

В этом варианте предусмотрен трубопровод 70 для выгрузки варочной среды, в котором установлен управляющий клапан 71, являющийся нормально закрытым. Этот трубопровод выгрузки соединен (на чертеже) с отделением 73 для отвода, расположенным позади секции 74 узлоловителя, таким образом, чтобы впуск в трубопровод был защищен от забивания щепой. Отделение 73 для отвода может быть частью существующего отводного трубопровода варочного котла, где отделение 73 для отвода может быть, возможно, дополнено повторяемым полосканием с регулярными интервалами или проводимым на периодической основе. Клапаном в этом варианте управляют с помощью датчика давления 42, и клапан 71 может быть открыт посредством датчика нагрузки DP₂ при давлении, превышающем заданный уровень.

Трубопровод 70 может быть также снабжен насосом 72 для продвижения выгружаемого потока, где насос активизируют параллельно с открыванием клапана 71.

Трубопровод 70 может быть проложен к пригодной позиции в варочном цеху, например, может быть направлен в пропиточную среду в предшествующей пропиточной емкости установки типа IMPBIN™ или может быть направлен в расширители, а затем в восстановительный процесс.

На фиг.3 показано устройство, альтернативное представленному на фиг.2. В этом варианте управления нагрузкой трубопровод 70 для выгрузки варочной среды соединен с камерой 75, напрямую сообщенной с внутренним пространством варочного котла, предпочтительно через секцию узлоловителя в этой камере в стенке варочного котла. Датчик давления 42 здесь также соединен с этой камерой 75. Впуск в трубопровод и датчик давления 42 могут быть, таким образом, защищены от забивания щепой.

При использовании контроллера нагрузки самого простого вида, показанного на фиг.2 и 3, клапан 71 может быть заменен механически прорываемым диском, который прорывается при давлении, превышающем заданный уровень. Как и в предыдущих случаях использования датчиков давления, датчик давления 42, трубопровод 70 для выгрузки и клапан 71 могут быть установлены в виде нескольких параллельных групп для повышения надежности системы аварийной защиты.

Измерение давления с помощью датчика 42 предпочтительно производить, во всех проиллюстрированных вариантах осуществления, в местах, расположенных как можно ближе к уровню, соответствующему заданному значению уровня среды, или в диапазоне от 0 м до 5 м над уровнем, соответствующим заданному значению уровня среды, как это показано на фиг.2, или в диапазоне от 0 м до 5 м ниже уровня, соответствующего заданному значению уровня среды, как это показано на фиг.3. Если измерение давления производят на большем расстоянии от верха варочного котла, то повышается риск того, что щепа в варочном котле образует зависшую пробку, которой изолируется перепад давлений и которой отделяется верхняя часть варочного котла от нижней части варочного котла, и по этой причине определение давления на уровне, расположенном слишком далеко внизу в варочном котле, может быть не репрезентативным относительно уровня давления, установившегося в верхней части варочного котла.

Предпочтительно, чтобы пороговое значение уровня среды для контроллера нагрузки во всех вариантах осуществления соответствовало уровню, расположенному по меньшей мере на 5 м ниже верха варочного котла, когда давление газа в верхней части варочного котла соответствует заданному значению давления газа. Если пороговое значение установлено, например, на расстоянии на 10 м ниже верха варочного котла, а заданное значение давления газа составляет 4 бара, то можно допустить, чтобы уровень среды повысился до расстояния на 5 м ниже верха варочного котла, если давление газа снижается на 0,5 бара ниже заданного значения.

Изобретение может быть изменено рядом способов в объеме патентной формулы изобретения. Существенной характеристикой является то, что независимую функцию защиты осуществляют с помощью контроллера нагрузки.

Обозначения на чертежах

LIQ_RET - Выпускаемый поток варочной жидкости

CH_IN - Вводимый поток щепы

ST - Поток пара

ST_p - Газовая фаза

DP₁ - Датчик нагрузки

T - Датчик температуры

WL - Поток сульфатной варочной жидкости

CH_LEV - Уровень щепы

LIQ_LEV - Уровень жидкости

DP₂ - Датчик нагрузки

L_LEV - Датчик уровня

REC - На восстановление

LC - Контроллер нагрузки

PC - Регулятор процесса

DL - Поток разбавителя

CH_OUT - Поток отваренной волокнистой массы

X - Передатчик сигналов

Изобретение относится к системам автоматизированного управления процессами целлюлозного производства и может быть использовано для управления непрерывным процессом варки целлюлозы в варочном котле. Система для регулирования работы варочного котла непрерывного действия с паровой фазой, с расположенным вверху впуском для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с расположенным внизу выпуском для выпуска отваренной волокнистой массы содержит регулятор процесса, который регулирует соответствующие вводимые в процесс потоки, например поток щепы и связанные с ним потоки варочных сред, в зависимости от выпускаемых из протекающего процесса потоков, например выпускаемых потоков варочных сред и выпускаемого потока отваренной волокнистой массы для создания газовой фазы над уровнем варочной среды в варочном котле и над уровнем щепы в варочном котле, который находится над уровнем среды, по меньшей мере, во время установившегося непрерывного режима работы. Уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном котле. Регулятор процесса содержит первый комплект датчиков, соединенных с регулятором процесса и используемых для управления первым комплектом регуляторов, установленных на впуске сильно измельченного целлюлозного материала и на впусках варочных сред в варочный котел. Также система содержит контроллер нагрузки, независимый от регулятора процесса, содержащий второй комплект датчиков, соединенных с контроллером нагрузки и используемых для управления вторым комплектом регуляторов, с помощью которых оказывают влияние на объем среды в варочном котле, а именно регуляторов, с помощью которых регулируют впускаемые и выпускаемые потоки: поток сильно измельченного целлюлозного материала и потоки варочных сред. Регулятор процесса регулирует давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса, причем контроллер нагрузки осуществляет мониторинг нагрузки в варочном котле в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создается более высокая нагрузка на емкость варочного котла, чем при управлении с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями. При превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки оказывает влияние по меньшей мере на один из соответствующих потоков варочной жидкости с помощью второго комплекта регуляторов, соединенных с контроллером нагрузки, таким образом, чтобы чистый объем среды в варочном котле был уменьшен. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для регулирования работы варочного котла (50) непрерывного действия с паровой фазой, с расположенным вверху впуском (51) для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с расположенным внизу выпуском (52) для выпуска отваренной волокнистой массы, где регулятор процесса (PC) регулирует соответствующие вводимые в процесс потоки, например поток щепы (CH_IN) и связанные с ним потоки варочных сред (ST, WL, DL), в зависимости от выпускаемых из протекающего процесса потоков, например выпускаемых потоков варочных сред (LIQ_RET) и выпускаемого потока отваренной волокнистой массы (CH_OUT) для создания газовой фазы (ST_p) над уровнем (LIQ_LEV) варочной среды в варочном котле и над уровнем щепы (CH_LEV) в варочном котле, который находится над уровнем среды, по меньшей мере во время установившегося непрерывного режима работы, где уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном котле,
отличающаяся тем, что
- регулятор процесса содержит первый комплект датчиков (40, 41, 43), соединенных с регулятором процесса и используемых для управления первым комплектом регуляторов (10, 11, 12, 13), установленных на впуске сильно измельченного целлюлозного материала и на впусках варочных сред в варочный котел, и
тем, что система содержит:
- контроллер нагрузки (LC), независимый от регулятора процесса, содержащий второй комплект (42) датчиков, соединенных с контроллером нагрузки и используемых для управления вторым комплектом регуляторов (20, 21, 22, 23, 71), с помощью которых оказывают влияние на объем среды в варочном котле, предпочтительно регуляторов, с помощью которых регулируют впускаемые и выпускаемые потоки: поток сильно измельченного целлюлозного материала и потоки варочных сред; и
тем, что
- регулятор процесса регулирует давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса, причем контроллер нагрузки осуществляет мониторинг нагрузки в варочном котле в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создается более высокая нагрузка на емкость варочного котла, чем при управлении с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями; и при превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки оказывает влияние по меньшей мере на один из соответствующих потоков варочной жидкости с помощью второго комплекта регуляторов (20, 21, 22, 23, 71), соединенных с контроллером нагрузки, таким образом, чтобы чистый объем среды в варочном котле был уменьшен.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй комплект регуляторов (20, 21, 22, 23), соединенных с контроллером нагрузки, представлен клапанами свободного прохода, которые закрываются при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки, где эти проточные клапаны независимы от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй комплект регуляторов (71), соединенных с контроллером нагрузки, представлен закрытыми проточными клапанами, которые открываются при превышении пороговых значений контроллера нагрузки, где эти проточные клапаны независимы от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

4. Система по п.2 или 3, отличающаяся тем, что второй комплект регуляторов (20, 21, 22, 23), соединенных с контроллером нагрузки, также представлен контроллерами потоков машин, продвигающих потоки, с помощью которых продвигают потоки, вводимые в варочный котел или выводимые из него, где эти контроллеры потоков прерывают подачу рабочей мощности к машинам, продвигающим потоки, при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки и где эти регуляторы потоков независимы от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что второй комплект регуляторов, соединенных с контроллером нагрузки, содержит трубопровод (70) для выгрузки, соединенный с оболочкой варочного котла в позиции, расположенной ниже уровня (LIQ_LEV) варочной среды в варочном котле, где трубопровод (70) для выгрузки может быть открыт с помощью клапанного устройства (71) при превышении пороговых значений в контроллере нагрузки и где это клапанное устройство (71) независимо от регулирования потоков, вводимых в варочный котел и выводимых из него, осуществляемого с помощью регулятора процесса.

6. Способ регулирования работы варочного котла (50) непрерывного действия с паровой фазой, с расположенным вверху впуском (51) для подачи сильно измельченного целлюлозного материала и с расположенным внизу выпуском (52) для выпуска отваренной волокнистой массы, где с помощью регулятора процесса (PC) регулируют соответствующие вводимые в процесс потоки, например вводимый поток щепы (CH_IN) и связанные с ним потоки варочных сред (ST, WL, DL), в зависимости от выпускаемых из протекающего процесса потоков, например выпускаемых потоков варочных сред (LIQ_RET) и выпускаемого потока отваренной волокнистой массы (CH_OUT), для создания газовой фазы (ST_p) над уровнем (LIQ_LEV) варочной среды в варочном котле и над уровнем щепы (CH_LEV) в варочном котле, который находится над уровнем среды по меньшей мере во время установившегося непрерывного режима работы, где уровень щепы можно регулировать для регулирования направленной вниз силы, действующей на столб щепы в варочном котле,
отличающийся тем, что
- впускаемыми в варочный котел потоками сильно измельченного целлюлозного материала и варочных сред управляют в соответствии с рядом первых параметров процесса в первом предназначенном для этого регуляторе процесса (PC), и
тем, что
- за нагрузкой, действующей на емкость варочного котла, осуществляют мониторинг с помощью контроллера нагрузки, независимого от регулятора процесса; и
тем, что
- с помощью регулятора процесса регулируют давление в газовой фазе, уровень щепы и уровень среды в соответствии с первым комплектом заданных значений в регуляторе процесса, и тем, что с помощью контроллера нагрузки осуществляют мониторинг нагрузки в варочном котле в соответствии со вторым комплектом пороговых значений в контроллере нагрузки, в результате взаимодействия которых создается более высокая нагрузка на емкость варочного котла, чем при управлении с помощью регулятора процесса в соответствии с заданными значениями; и при превышении этих пороговых значений контроллер нагрузки оказывает влияние по меньшей мере на один поток, вводимый в варочный котел или выводимый из него, независимо от регулирования, осуществляемого с помощью регулятора процесса, таким образом, чтобы полезный объем среды в варочном котле был уменьшен.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что
- с помощью регулятора процесса регулируют процесс в соответствии с первым заданным значением уровня среды и первым заданным значением давления в верхней части варочного котла, где общая нагрузка от давления, действующая на емкость варочного котла в соответствии с параметрами текущего процесса, задана суммой статической высоты уровня среды и давления в верхней части варочного котла; и
тем, что
- контроллер нагрузки содержит по меньшей мере одно пороговое значение общей нагрузки от давления, которое определено по меньшей мере одним заданным фиксированным пороговым значением уровня среды в варочном котле и одним предварительно определенным фиксированным пороговым значением давления в газовой фазе.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что
- контроллер нагрузки перекрывает по меньшей мере один вводимый в варочный котел поток среды с помощью регуляторов, независимых от регулятора процесса, при превышении по меньшей мере одного порогового значения.
9. Способ по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что
- при превышении по меньшей мере одного из пороговых значений в контроллере нагрузки часть варочной среды отводится из варочного котла по трубопроводу, который в других случаях закрыт с помощью регулятора, независимого от регулятора процесса.