СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ Советский патент 1996 года по МПК F26B21/06 F26B25/22 

Изобретение относится к технике управления процессом сушки и может найти применение в барабанных, аэрофонтанных, распылительных, газоструйных сушилках.

Целью изобретения является повышение качества управления в широком диапазоне рабочих режимов.

На чертеже показана блок-схема управления процессом конвективной сушки на примере установки с газоструйной сушилкой.

Установка состоит из теплообменника 1, в который подаются энергоноситель (пар) через регулирующий клапан 2 и сушильный агент (воздух) через регулируемую заслонку 3, сушилки 4, в которую насосом 5 через распылительную форсунку 6 подаются высушиваемый материал и сушильный агент, поступающий из теплообменника 1. Сушилка 4 включает также циклон 7, отделяющий высушенный материал от отработавшего сушильного агента, вентилятор 8 с электродвигателем 9 и электродвигатель 10 насоса 5.

Система автоматического управления включает датчик 11 температуры t_r1 сушильного агента до сушилки, датчик 12 температуры t_r2 сушильного агента после сушилки, датчик 13 температуры t_м влажного материала, датчик 14 расхода L сушильного агента, датчик 15 расхода G_т энергоносителя (пара), подаваемого в теплообменник 1, датчик 16 потребляемой мощности вентилятора 8 и насоса 5, блоки 17, 18, 19 суммирования, блок 20 определения мощности, потребляемой сушильной установкой, задатчик 21, блоки 22 и 23 умножения, блок 24 деления, оптимизатор 25, регулятор 26 температуры сушильного агента до сушилки 4.

Способ управления реализуется следующим образом.

Поступая в теплообменник 1, сушильный агент (воздух), нагреваясь за счет энергии энергоносителя (пара) и приобретая необходимую температуру t₁, подается в сушилку 4, в которую через форсунку 6 подается высушиваемый материал. Часть образующейся в результате сушки газовзвеси, проходя из сушилки 4 в циклон 7 под действием тяги вентилятора 8, отделяется от сушильного агента. Сигнал с датчика 15, соответствующий расходу энергоносителя, и сигнал с датчика 16, соответствующий потреблению сушильной установкой электроэнергии, поступают на блок 20.

Сигнал с датчика 16 соответствует электрической мощности, потребляемой электродвигателями 9 и 10, обеспечивающими функционирование и продвижение материала и сушильного агента по сушильной установке. При этом датчик 16 может быть подключен к распределительному питающему электрозащиту всей сушильной установки и фиксировать мощность не только основных энергоемких электродвигателей, но и вспомогательного оборудования, например приборы управления, электролампочки, привод клапана 2, заслонки 3 и т.д.

Блок 20 осуществляет суммирование поступающих сигналов и выдает на выходе сигнал μ соответствующий мощности, потребляемой сушильной установкой
μ K_э^. Э + К_п^. G_т, где Э величина сигнала с датчика 16, соответствующая потреблению электрической энергии сушильной установкой, кВт;
G_т величина сигнала с датчика 15, соответствующая расходу энергоносителя (пара), кВт;
К_э и К_п постоянные коэффициенты.

Сигнал μ поступает на блок 19, на который поступает также и сигнал с датчика 14 расхода сушильного агента. Блок 19 осуществляет операцию суммирования этих двух сигналов, вырабатывая на выходе сигнал η причем
η μ + К_в^. G_Дr, где G_Дr величина сигнала с датчика 14, соответствующая расходу сушильного агента (кг/с), подаваемого в теплообменник 1 сушильной установки. (В случае использования для образования сушильного агента топлива, например природного газа, мазута и т.д. величина расхода сушильного агента G_Дr будет определяться как сумма расхода воздуха L и расхода топлива).

К_в постоянный коэффициент (зависящий от цены 1 кг воздуха, подаваемого в теплообменник).

Величина η характеризует текущие затраты на функционирование сушильной установки, например в рублях.

С помощью датчиков 11, 12 блока 17 суммирования определяют сигнал разности между t_r1 и t_r2. При этом выходной сигнал блока 17 будет определяться как
Δ₁ K₁ θ_r1 K₂ θ_r2, где К₁ и К₂ постоянные коэффициенты;
θ_r1 величина сигнала, поступающего с датчика 11 и соответствующего t_r1;
θ_r2 величина сигнала, поступающего с датчика 12 и соответствующего t_r2.

Сигнал Δ₁ с блока 17 поступает на вход блока 22, который определяет произведение сигналов, соответствующих разности температуры расхода сушильного агента.

σ G_Дr · Δ₁,
δ характеризует общую энергию, отдаваемую сушильным агентом на испарение влаги и нагрев материала в сушилке.

Одновременно с помощью датчиков 12 и 13 блока 18 суммирования и задатчика 21 определяют величину, соответствующую разности температур сушильного агента после сушки t_r2 и подаваемого на сушку материала t_м, которая характеризует расход тепла, необходимого для испарения 1 кг влаги высушиваемого материала.

Блок 18 вырабатывает сигнал
Δ₂ α + K₃ · θ_r2 K₄ θ_м1; где К₃К₄ постоянные коэффициенты;
α сигнал-задание, поступающий с задатчика 21;
θ_м1 величина сигнала, поступающего с датчика 13.

Величина сигнала-задания, поступающего с задатчика 21, является величиной постоянной для определенных условий и может меняться вручную при изменении, например, вида поступающего на сушку материала.

Далее сигнал η с блока 19 и сигнал Δ₂ с блока 18 поступают на вход блока 23, который определяет произведение между ними, вырабатывая на выходе сигнал
λ Δ₂ · η
В свою очередь, сигнал с блока 23 поступает на вход блока 24, на который подается также и сигнал σ с блока 22. Блок 24 определяет отношение между этими сигналами J λ / σ Сигнал J характеризует удельные затраты энергии на испарение влаги высушиваемого материала.

Далее сигнал J блока 24 деления поступает на оптимизатор 25, который вырабатывает сигнал управляющего воздействия y_i (y_i 1-3). Сигнал y₁ изменяет положение заслонки 3, приводящее к изменению расхода сушильного агента, сигнал y₂ меняет степень открытия клапана 2, изменяющего расход G_т (энергоносителя) пара в теплообменник, а y₃ воздействует на число оборотов электродвигателя, изменяющего расход G_м подаваемого на сушку материала.

Оптимизатор, изменяя y_i (где i 1, 2, 3), осуществляет поиск минимального значения J при текущих непрерывно измеряемых значениях температур сушильного агента, подаваемого на сушку материала, и расходa энергоносителя, поступающего в теплообменник 1.

Организация поиска экстремального (минимального) значения J оптимизатором 25 может быть организована, например, методом градиента. Этот метод заключается в последовательном изменении величины сигнала с оптимизатора 25 в направлении вектора градиента F до тех пор, пока производная не превратится в нуль, что соответствует достижению экспериментального значения J. Величина F зависит, например, от изменения значения влажности поступающего материала, физико-химического состава материала, что изменяет t_г1, t_г2, G_дг, t_м1, заставляя оптимизатор 25 находить значения расходов входных потоков, которые обеспечивают экстремальное значение J.

С помощью датчика 11, регулятора 26 и регулирующего клапана 2, расположенного на линии подачи пара в теплообменник 1, управляют температурой сушильного агента.

Регулятор 26, получая сигнал от датчика 11 температуры, сравнивает его с заданным ему значением и воздействует на клапан 2, увеличивая (уменьшая) расход пара при уменьшении (увеличении) температуры t_гл выше (ниже) заданного значения до тех пор, пока температура сушильного агента до сушки не примет заданное значение. Сигнал величины заданного значения регулятору 26 может поступать от оптимизатора 25.

Таким образом, величина минимального значения J однозначно определяется оптимизатором 25. Выходные сигналы y_i оптимизатора 25 изменяют последовательно расходы входного потока в установку, т.е. потока энергоносителя (пара), сушильного агента (воздуха) и материала. Это обеспечивает достижение минимальных удельных затрат, потребляемых установкой на сушку материала при изменениях входных параметров материала, воздуха и пара.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ путем измерения температур сушильного агента до и после сушки, определения их разности, измерения и регулирования расхода, определения суммы энергозатрат на процесс сушки и воздействия на расход по сигналу, характеризующему отношение суммы энергозатрат на произведение расхода и указанной разности температур, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управления в широком диапазоне рабочих режимов, в качестве измеряемой и регулируемой величины расхода выбирают расход сушильного агента, дополнительно измеряют температуру высушиваемого материала перед сушкой, определяют разность между температурой сушильного агента после сушки и измеренной температурой материала и эту разность в качестве множителя вводят в сигнал, воздействующий на расход сушильного агента.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ путем измерения температур сушильного агента до и после сушки, определения их разности, измерения и регулирования расхода, определения суммы энергозатрат на процесс сушки и воздействия на расход по сигналу, характеризующему отношение суммы энергозатрат неа произведение расхода и указанной разности температур, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управления в широком диапазоне рабочих режимов, в качестве измеряемой и регулируемой величины расхода выбирают расход сушильного агента, дополнительно измеряют температуру высушиваемого материала перед сушкой, определяют разность между температурой сушильного агента после сушки и измеренной температурой материала и эту разность в качестве множителя вводят в сигнал, воздействующий на расход сушильного агента.