Устройство для автоматического управления процессами осушки и абсорбции обжигового газа Советский патент 1991 года по МПК C01B17/76 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано в производстве серной кислоты контактным методом, в частности для управления процессами сушки и абсорбции обжигового газа при выпуске продукции в виде технической серной кислоты и олеума.

Цель изобретения - снижение потерь серы за счет повышения точности регулирования концентрации и уровня в сборниках кислоты.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для автоматического управления процессами осушки и абсорбции обжигового газа; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого устройства в форме направленного графа.

Объектом управления являются сборник 1 сушильной башни, сборник 2 моногидратного абсорбера и сборник 3 олеумного

абсорбента, которые связаны между собой взаимными перетоками (см, фиг 1). Избыток сушильной кислоты из сборника 1 откачивается на склад, избыток олеума из сборника 3 откачивается также на склад

Устройство для автоматического управления процессами осушки и абсорбции обжигового газа содержит контуры регулирования концентрации и уровня кислот в сборниках, а также контур регулирования расхода олеума, откачиваемого из сборника 3 на склад

Контур регулирования концентрации моногидрата включает последовательно соединенные датчик 4 концентрации моногидрата и регулятор 5. Контур регулирования концентрации олеума включает последовательно соединенные датчик 6 концентрации олеума, регулятор 7 и исполнительный механизм 8, установленный на линии подачи моногидрата из сборника 2 в сборник 3 Контур

О

ел ел о о

со

регулирования расхода олеума, откачиваемого из сборника 3 на склад, включает последовательно соединенные датчик 9 расхода олеума, регулятор 10 и исполнительный механизм 11.

Контур регулирования уровня олеума в сборнике 3 включает последовательно соединенные датчик 12 уровня и регулятор 13. Контур регулирования концентрации сушильной кислоты включает последовательно соединенные датчик 14 концентрации и регулятор 15, Кроме того, устройство для автоматического управления содержит датчик 16 уровня сушильной кислоты в сборнике 1, датчик 17 уровня в сборнике 2, исполнительные механизмы 18-21, установленные соответственно на линии откачки сушильной кислоты из сборника 1 на склад, на линии подачи сушильной кислоты из сборника 1 в сборник 2, на линии подачи моногидрата из сборника 2 в сборник 1 и на линии подачи олеума из сборника 3 в сборник 2.

Устройство для автоматического управления также содержит первый и второй сумматоры 22 и 23 соответственно, первый и второй регулирующие блоки 24 и 25, первый и второй блоки 26 и 27 умножения, логический блок 28, первый и второй пороговые элементы 29 и 30, нуль-орган 31 и блок 32 динамической связи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сушильная кислота из сборника 1 подается на орошение обжигового газа в сушильной башне и абсорбирует содержащуюся в нем влагу, т.е. происходит осушка газа. Осушенный обжиговый газ направляется в контактный аппарат, где происходит окисление диоксида серы в триоксид серы, а после него поступает сначала в олеумный абсорбер, а затем в моногидратный абсорбер (сушильная башня, моногидратный и олеумный абсорберы и контактный аппарат на чертежах не показаны). Извлечение три- оксида серы из обжигового газа в олеумном абсорбере происходит с помощью олеума, подаваемого на орошение из сборника 3, а в моногидратном абсорбере - с помощью моногидрата, подаваемого на орошение из сборника 2.

От величины концентрации этих кислот, которые поддерживаются на требуемых значениях за счет взаимных перетоков между сборниками, зависят степень осушки обжигового газа и степень абсорбции триоксида серы, которые при определенных значениях концентрации сушильной кислоты (в пределах 93-95% в зависимости от температуры), моногидрата (98,6%) и олеума (в пределах 18-20%) достигают максимального значения. Величина уровня в сборниках 1-3 не оказывает непосредственного влияния на качество осушки и абсорбции обжигового газа, однако значительные колебания уровня сказываются на величине концентрации сушильной кислоты, моногидрата и олеума в соответствующих сборниках, Кроме того, чрезмерное повышение

или понижение уровня приводит к аварийным ситуациям.

Регулирование концентрации моногидрата осуществляется с помощью регулятора 5, на информационный вход которого пода5 ется сигнал от датчика 4 концентрации моногидрата. При появлении рассогласования между текущим и заданным значениями концентрации на выходе регулятора 5 по стандартному, например ПИД-закону, фор0 мируется управляющий сигнал, который поступает на исполнительный механизм 20, установленный на линии подачи моногидрата из сборника 2 в сборник 1, и увеличивает расход данного потока, когда текущая кон5 центрация моногидрата становится больше ее заданного значения, а когда концентрация моногидрата станет меньше заданного значения, - уменьшает.

Аналогичным образом с помощью регу0 лятора 7, на информационный вход которого подается сигнал от датчика 6 концентрации олеума, производится регулирование концентрации олеума. Сформированный по ПИД-закону на выходе

5 регулятора 7 управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм 8, установленный на линии подачи моногидрата из сборника 2 в сборник 3. и увеличивает расход данного потока, когда концентрация

0 олеума становится больше ее заданного значения, а когда концентрация олеума станет меньше заданного значения, - уменьшает.

Регулирование расхода олеума, откачи5 ваемого из сборника 3 на склад, осуществляется с помощью регулятора 10, на информационный вход которого подается сигнал от датчика 9 расхода. На выходе регулятора 10 по стандартному ПИД-закону

0 формируется управляющий сигнал, который поступает на исполнительный механизм 11, установленный на линии откачки олеума из сборника 3 на склад, и увеличивает расход данного потока, если расход олеума меньше

5 его заданного значения, а когда расход станет больше заданного значения, то уменьшает.

Регулирование уровня олеума в сборник 3 производится с помощью регулятора 13, на информационный вход которого подается сигнал от датчика 12 уровня олеума. На выходе регулятора 13 по стандартному ПИД-закону формируется управляющий сигнал, который поступает на исполнительный механизм 21, установленный на линии подачи олеума из сборника 3 в сборник 2, через сумматор 23 и увеличивает расход данного потока, если величина уровня превысит его заданное значение, а когда величина уровня станет меньше заданного значения, то уменьшает.

На второй вход второго сумматора 23 подается сигнал от датчика 14 концентрации сушильной кислоты через блок 32 динамической связи. Последний в зависимости от динамических свойств канала регулирования: концентрация сушильной кислоты - концентрация олеума представляет собой интегрально-дифференцирующее или реальное дифференцирующее звено. Если концентрация сушильной кислоты будет уменьшаться, то под действием сигнала на выходе блока 32 динамической связи будет увеличиваться расход олеума, подаваемого из сборника 3 в сборник 2, что приведет к увеличению концентрации моногидрата. Когда текущее значение концентрации моногидрата превысит ее заданное значение, то в работу включится регулятор 5 и под действием его выходного сигнала с помощью исполнительного механизма 20 увеличится подача моногидрата из сборника 2 в сборник 1, в результате чего будет увеличиваться концентрация сушильной кислоты, компенсируя тем самым ее первоначальное уменьшение.

Если же концентрация сушильной кислоты будет возрастать, то под действием выходного сигнала блока 32 динамической связи с помощью исполнительного механизма 21 расход олеума, подаваемого из сборника 3 в сборник 2, уменьшится. При этом начнет уменьшаться концентрация моногидрата, что будет сопровождаться уменьшением расхода моногидрата, подаваемого из сборника 2 в сборник 1. За счет действия контура регулирования концентрация сушильной кислоты начнет уменьшаться, компенсируя тем самым ее первоначальное увеличение.

Дополнительно регулирование концентрации сушильной кислоты производится с помощью регулятора 15, на информационный вход которого подается сигнал от датчика 14 концентрации. На выходе регулятора 15 по стандартному ПИД-закону формируется управляющий сигнал, который через первый сумматор 22 поступает на исполнительный механизм 18, установленный на линии откачки сушильной кислоты из

сборника 1 на склад, и с его помощью увеличивает расход данного потока, если концентрация сушильной кислоты становится больше ее заданного значения, а когда кон- 5 центрация сушильной кислоты станет меньше заданного значения, то уменьшается.

Уровень в сборнике 1 измеряется с помощью датчика 16 уровня, а в сборнике 2 - с помощью датчика 17 уровня. Их выходные 0 сигналы поступают одновременно на вход порогового элемента 29, порогового элемента 30 и на входы нуль-органа 31. На выходах нуль-органа формируются дискретные сигналы при выполнении следующих 5 условий: если (Hi-На) -б, то дискретный сигнал формируется на первом выходе нуль- органа 31 и через блок 27, где умножается на -1, подается на один из входов второго регулирующего блока 25; если (Hi - Hg) 0 д, то дискретный сигнал формируется на втором выходе нуль-органа 31 и непосредственно подается на другой вход второго регистрирующего блока 25

На выходе регулирующего блока 25 под 5 действием дискретных сигналов различной полярности, поступающих от нуль-органа 31, по стандартному ПИД-закону формируется дискретный сигнал и подается на исполнительный механизм 19, установленный 0 на линии подачи сушильной кислоты из сборника 1 в сборник 2. С помощью этого исполнительного механизма происходит увеличение расхода данного потока, когда Hi На, и уменьшение при Hi Н2. Резуль- 5 татом такого управления является достиже- ние равенства уровней в обоих сборниках 1 и 2, т.е Hi - Н2

На выходах порогового элемента 29 дискретные сигналы формируются в том слу- 0 чае. когда уровень сушильной кислоты в сборнике 1 достигает своего нижнего (Hi Нмин) или верхнего (Hi Нмакс) предельных значений. Если же своего нижнего (Н2 НМин) или верхнего (Н2 5 Нмакс) пре- 5 дельных значений достигает уровень моногидрата в сборнике 2, то дискретные сигналы формируются на выходах порогового элемента 30.

Дискретные сигналы с выходов обоих 0 пороговых элементов 29 и 30 подаются «a вход логического блока 28. На его первом выходе формируется дискретный сигнал, когда одновременно или , и через блок 26 умножения на -1 5 поступает на один из входов первого регулирующего блока 24. На втором выходе логического бл ока 28 дискретный сигнал формируется, когда одновременно Н 1 Нмакс и Н2 Нмакс. который непосредственно подается на другой вход первого регулирующего блока 24. На выходе последнего под действием дискретных сигналов различной полярности по стандартному ПИД-закону формируется управляющий сигнал и через первый сумматор 22 поступает на исполнительный механизм 18, установленный на линии откачки сушильной Кислоты из сборника 1 на склад.

Таким образом, когда уровень сушильной кислоты в сборнике 1 и уровень моногидрата в сборнике 2 одновременно достигают минимального значения (т.е. Hi Нмин, Н2 Нмин), то под действием управляющего сигнала первого регулирующего блока 24 с помощью исполнительного Механизма 18 уменьшается расход сушильной кислоты, откачиваемой из сборника 1 на склад. При этом уровень сушильной кислоты в сборнике 1 начинает повышаться и когда будет Hi На, то под действием управляющего сигнала второго регулирующего блока 25 с помощью исполнительного механизма 19 увеличится расход сушильной кислоты, подаваемой из сборника 1 в сборник 2, и уровень в последнем тоже начнет повышаться.

В том случае, когда уровень сушильной кислоты в сборнике 1 и уровень моногидрата в сборнике 2 одновременно достигают своего максимального значения (т.е. Н 1 Нмакс На S Нмакс), то под действием управляющего сигнала первого регулирующего блока 24 с помощью исполнительного механизма 18 расход сушильной кислоты, откачиваемой из сборника 1 на склад, увеличится. При этом уровень сушильной кислоты в сборнике 1 начнет уменьшаться и когда будет Н1 N2, то под действием управляющего сигнала второго регулирующего блока 25 с помощью исполнительного механизма 19, уменьшится расход сушильной кислоты, подаваемой из сборника 1 в сборник 2, и уровень в последнем будет тоже уменьшаться.

В вершинах графа (см. фиг. 2), обозначенных кружками, помещены регулируемые параметры и расходы перетоков между сборниками. Стрелками показаны связи между ними, причем связи, выходящие из вершин графа, которые соответствуют расходам перетоков, являются естественными и отражают свойства обьекта управления. Связи, выходящие из вершин.графа, которые соответствуют регулируемым параметрам, реализованы при помощи регулирующих блоков. Пунктирными линиями показаны кратковременные связи, которые включаются с помощью дискретных

элементов предлагаемого устройства при выполнении описанных выше условий состояния обьекта управления(определенные соотношения между уровнями в сборниках

сушильной башни и моногидратного абсорбера).

Характер связей между расходами перетоков и регулируемыми параметрами устанавливается из следующих соображений:

при увеличении расхода кислоты, поступающей в сборник, уровень в ней увеличивается, а при уменьшении снижается; при увеличении расхода кислоты, откачиваемой из сборника, уровень в ней уменьшается, а

5 при уменьшении возрастает; если расход кислоты, поступающей в сборник, увеличивается и концентрация ее больше, чем концентрация кислоты в самом сборнике, то это приводит к увеличению концентрации кис0 лоты в данном сборнике и к уменьшению, если происходит уменьшение расхода приходящего потока кислоты, если расход кислоты, поступающий в сборник, увеличивается, а концентрация ее меньше, чем кон5 центрация кислоты в самом сборнике, то это приводит к уменьшению концентрации кислоты в данном сборнике и к увеличению в противном случае; при увеличении расхода кислоты, откачиваемой из сборника, кон0 центрация в нем уменьшается и увеличивается в противном случае.

Из структурной схемы предлагаемого устройства для автоматического управления видно, что в ней имеется множество

5 постоянно действующих замкнутых контуров и все они обладают свойством самовыравнивания. Для примера рассмотрим самый большой контур:

Cl .

0 В случае увеличения концентрации сушильной кислоты Ci ответной реакцией будет уменьшение расхода моногидрата G21, подаваемого из сборника 2 в сборник 1, а это вызывает уменьшение концентрациису5 шильной кислоты Ci и способствует компенсации первоначального отклонения Ci. Аналогично будет происходить компенсация отклонения регулируемых параметров от их заданных значений и по остальным

0 замкнутым контурам В результате создаются благоприятные условия для повышения точности регулирования технологических параметров.

Временные связи включаются при оп5 ределенных соотношениях между значениями уровня в сборниках сушильной башни и моногидратного абсорбера (Hi N2, Hi Н2,

Hi S: Нмин Н2 - Нмин. Hi - Н макс Н2 Нмакс)

когда эти соотношения перестают удовлетворять заданным условиям Поэтому образующиеся за счет кратковременных связей отдельные замкнутые контуры без самовыравнивания не оказывают заметного отрицательного влияния на точность регулирования.

Применение предлагаемого устройства для автоматического управления процессами осушки и абсорбции обжигового газа в системе автоматизации сушильно-абсорб- ционного отделения сернокислотного производства за счет повышения точности регулирования концентрации и уровня кислоты в сборниках позволяет в два раза уменьшить потери серы в виде тумана и неабсорбированного триоксида серы с дымовыми газами. В результате увеличивается годовой выпуск серной кислоты. Предварительные расчеты показали, что внедрение предлагаемого устройства в сернокислотном производстве мощностью 360 тыс.т кислоты в год обеспечит дополнительный прирост выпуска кислоты в объеме не менее 1500 т в год.

Формула изобретения Устройство для автоматического управления процессами осушки и абсорбции обжигового газа, содержащее последовательно соединенные датчик концентрации моногидрата и регулятор, последовательно соединенные датчик концентрации олеума, регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии подачи моногидрата из сборника моногидратного абсорбера в сборник олеумного абсорбера, последовательно соединенные датчик расхода олеума, регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии откачки олеума из сборника олеумного абсорбера на склад, последовательно соединенные датчик уровня олеума в сборнике олеумного абсорбера и регулятор, последовательно соединенные датчик концентрации сушильной кислоты и ре /лятор, датчики уровня сушильной кислоты в сборнике сушильной башни и уровня моногидрата в сборнике моногидратного абсорбера, исполнительные механизмы, установленные на линиях соответственно откачки сушильной кислоты из сборника сушильной башни на склад, подачи сушильной кислоты из сборника сушильной башни в сборник моногидратного абсорбера, подачи моногидрата из сборника моногидратного абсорбера в сборник сушильной башни и подачи олеума из сборника олеумного абсорбера в сборник моногидратного абсорбера, отличающееся тем, что, с целью 5 снижения потерь серы за счет повышения точности регулирования концентрации и уровня в сборниках кислоты устройство дополнительно содержит два сумматора, два регулирующих блока, два блока умножения, 0 логический блок, два пороговых элемента, нуль-орган и блок динамической связи, при этом выход первого сумматора подключен к исполнительному механизму, установленному на линии откачки сушильной кислоты

5 из сборника сушильной башни на склад, один его вход связан с выходом регулятора концентрации сушильной кислоты, а другой - с выходом первого регулирующего блока, первый вход которого соединен с первым

0 выходом логического блока, а другой вход подключен через первый блок умножения с вторым выходом логического блока, к двум входам логического блока подключены выходы первого и второго пороговых элемен5 тов, датчик уровня сушильной кислоты в сборнике сушильной башни параллельно подключен к входу первого порогового элемента и к первому входу нуль-органа, датчик уровня моногидрата в сборнике моногид0 ратного абсорбера параллельно подключен к входу второго порогового элемента и к второму входу нуль-органа, один выход которого соединен с первым входом второго регулирующего блока, а другой выход через

5 второй блок умножения связан со вторым входом второго регулирующего блока, выход которого подключен к исполнительному механизму, установленному на линии подачи сушильной кислоты из сборника су0 шильной башни в сборник моногидратного абсорбера, выход регулятора концентрации моногидрата подключен к исполнительному механизму, установленному на линии подачи моногидрата из сборника моногидрат5 ного абсорбера в сборник сушильной башни, выход регулятора олеума в сборнике олеумного абсорбера через второй сумматор связан с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи олеума из

0 сборника олеумного абсорбера в сборник моногидратного абсорбера, а второй вход сумматора через блок динамической связи соединен с датчиком концентрации сушильной кислоты

5

.3d i

TU-тЛ

моче

И

3d

Јг

t-Tj

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов, может быть использовано в производстве серной кислоты контактным методом и позволяет снизить потери серы. Устройство содержит сборники 1-3 соответственно сушильной башни, моногидратного и олеумного абсорбентов, датчики 4, 6 и 14 концентрации моногидрата, олеума и сушильной кислоты соответствено, регуляторы 5, 7, 10. 13 и 15, датчики 12, 16 и 17 уровня, сумматоры 22 и 23, регулирующие блоки 24 и 25, пороговые элементы 29 и 30, блоки 26 и 27 умножения, логический блок 28, нуль-орган 31 и блок 32 динамической связи 2 ил

IT

U«,,u Н„акс

Фиг 1

цин

Фм.2