Способ управления процессом сжигания жидких стоков Советский патент 1992 года по МПК F23N1/02 

Изобретение относится к способам управления технологическими процессами, в частности способам управления термической обработкой сточных вод в производствах капролактама и адипиновой кислоты, и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом термического обезвреживания промышленных сточных вод. Способ заключается в регулировании горения топлива и сточных вод путем изменения количества воздуха, подаваемого для горения топлива и для горения органических примесей сточных вод, причем регулирование горения топлива осуществляют по содержанию водорода, а регулирование горения органических примесей сточных вод - по содержанию окиси углерода в отходящих газах. Недостатком способа является низкая точность управления. Это объясняется тем, что содержание водорода в дымовых газах даже при очень плохом режиме горения очень незначительно, при этом получаемая информация (содержание водорода и оксидов углерода в дымовых газах касается только наличия горючих веществ и не дает сведений о наличии окислителя для их горения.

Цель изобретения - повышение точности управления.

Поставленная цель достигается тем. что . в способе управления процессом сжигания жидких стоков путем определения температуры в газоходе, содержания оксидов углерода в дымовых газах и изменения соотношения расходов газа и воздуха согласно изобретению измеряют расходы горючих и негорючих стоков и содержание кислорода в дымовых газах, по суммарному расходу горючих и негорючих стоков рассчитывают необходимые расходы газа и воздуха, определяют разницу отклонений от заданных значений содержания оксидов угсл С

-VI х| о ю ю ю

лерода и кислорода в дымовых газах и в зависимости от этой разницы корректируют подачу воздуха, а при одновременном достижении расхода воздуха максимального значения и температуры - критического уменьшают подачу негорючих стоков.

На чертеже представлена схема установки сжигания сточных вод и блок-схема устройства, реализующего способ.

Установка состоит из вертикальной цилиндрической циклонной печи 1, газохода 2. скруббера 3, двухкамерного сборника А, трубы Вентури 5, циклонного каплеуловите- ля 6 и дымовой трубы 7. Циклонная печь 1 снабжена форсунками 8 и 9 подачи соответственно природного газа и воздуха, форсунками 10 и 11 подачи горючих стоков и форсунками 12 подачи негорючих стоков. В дымоходе 2 установлен датчик 13 температуры. Скруббер 3 снабжен разбрызгивателями 14 раствора соды, а труба Вентури 5 снабжена разбрызгивателями 15. Сборник 4 снабжен насосами 16 и 17, нагнетательные линии которых соединены с разбрызгивателями 14 и 15 соответственно. В дымовой трубе 7 установлены датчики 18 и 19 содержания в дымовых газах соответственно оксидов углерода и кислорода. Линии подачи горючих стоков в циклонную печь 1 снабжены расходомерами 20 и 21, а линия подачи негорючих стоков - расходомером 22 и управляемым клапаном 23, линия подачи природного газа - клапаном 24, а линия подачи воздуха - автоматической задвижкой 25. Устройство управления состоит из блока 26 расчета количества окислителя, блока 27 расчета количества воздуха, блока 28 расчета тепловыделения, блока 29 расчета количества природного газа, блока 30 контроля за сдвигом факела пламени, блока 31 коррекции подачи воздуха, схем 32 и 33 сравнения, сумматора 34 формирования разностного сигнала управления блоком 31. В блок 26 заведены постоянные сигналы at и 82. отражающие коэффициенты расхода окислителя на каждый тип горючих стоков. В блок 28 заведены постоянные сигналы п и гг, отражающие тепловыделение при сгорании определенного количества горючих стоков данного вида. В блок 30 заведен постоянный сигнал QMBKC соответствующий максимальной подаче воздуха.

В схемы 32 и 33 сравнения заведены постоянные сигналы и , соответствующие регламентным нормам содержания оксидов углерода и кислорода в дымовых газах при нормальной работе установки.

Схема включает в себя 4 контура регулирования:

1.Контур по тепловому балансу;

2.Контур баланса горючих веществ и окислителя;

3.Контур предотвращения смещения факела пламени;

4.Контур отрицательной обратной связи по содержанию оксидов углерода и кислорода в дымовых газах.

Схема работает следующим образом. Природный газ через клапан 24 и форсунку 8 подают в циклонную печь 1, куда через задвижку 25 и форсунку 9 подают воздух.

Контур по тепловому балансу поддерживает оптимальное соотношение горючих и негорючих веществ. Горючие жидкие отходы подают через расходомеры 20 и 21 и распыляют в факел пламени посредством форсунок 10 и 11. Ввиду того, что горючие

отходы производства капролактама и ади- пиновой кислоты имеют достаточно стабильный состав, по расходу этих отходов, зная их физико-химические параметры, можно заранее рассчитать тепловыделение

и потребное для их сгорание кислорода.

Сигналы Q20 и Q21 расходов горючих стоков от датчиков 20 и 21 поступают в блок 28 расчета тепловыделения, выходной сигнал которого представляет собой количество выделяющегося тепла при их сгорании:

U28 Q2cfn + ,

где Qao и Qgi - сигналы от датчиков 20 и 21

соответственно;

п и пг - коэффициенты тепловыделения при сгорании стоков 1 и 2 соответственно. Количество негорючих стоков подают через расходомер 22 и клапан 23 и распыляют в факел пламени посредством форсунок Л. Сигнал от расходомера 22 и заводят в блок 29, который на основании сигнала Q22 расхода негорючих стоков рассчитывает потребное количество тепла, а на основании

сигнала U28 с выхода блока 28 рассчитывает тепловой баланс и необходимое количество природного газа. При снижении подачи горючих стоков или при увеличении подачи негорючих стоков тепловой баланс нарушается в сторону недостатка теплоты, блок 29 выдает сигнал на увеличение подачи природного газа. Наоборот, при увеличении подачи горючих стоков или уменьшении подачи негорючих стоков тепловой баланс

нарушается в сторону избытка теплоты, и блок 29 выдает сигнал на снижение подачи природного газа.

Контур баланса горючих веществ и

окислителя поддерживает оптимальное соотношение горючих веществ и воздуха. Сигналы Qao и Q21 расходов горючих стоков поступают в блок 26, который формирует сигнал U26 количества необходимого кислорода (воздуха):

U26 Cteafen Q2fa2,

где ai, 32 - коэффициенты расхода кислорода (воздуха) на единицу расхода горючих стоков 1 и 2 соответственно.

Выходной сигнал блока 26 заводят в блок 27, куда подают также сигнал с выхода блока 29 количества подаваемого природного газа. Выходной сигнал U27 блока 27 представляет собой суммарное потребное количество кислорода для сгорания всех горючих веществ. Выходной сигнал блока 27 через блок 31 коррекции управляет подачей воздуха посредством автоматической задвижки 25. Таким образом, при увеличении доли горючих веществ, для сгорания которых требуется большее количество кислорода, выходной сигнал блока 27 увеличится, что приведет к увеличению выходного сигнала блока 31 и открытию заслонки 25, что в конечном итоге приведет к увеличению подачи воздуха. Наоборот, при увеличении доли горючих веществ, для сгорания которых требуется меньше кислорода, выходные сигналы блоков 27 и 31 уменьшатся, задвижка 25 призакроется, что приведет к снижению подачи воздуха. Таким образом поддерживается оптимальное соотношение подач горючих веществ и воздуха, что позволяет минимизировать содержание оксидов углерода и подачи воздуха. Контур предотвращения смещения факела пламени работает следующим образом. Сигнал количества подачи воздуха с выхода блока 27 подают в блок 30, куда заведен также сигнал Омакс максимально возможной подачи воздуха и сигнал Т с выхода датчика 13 температуры в газоходе 2. При одновременном достижении сигналов своих максимальных значений (Т ТКрит и U27 Омакс) и выходной сигнал блока 30 посредством запорного клапана 23 уменьшает подачу негорючих стоков в печь 1. Снижение подачи негорючих стоков за счет действия контуров по тепловому балансу и балансу горючих веществ и окислителя приведет к снижению подачи природного газа и воздуха, при этом снизится количество топочных газов и соответственно скорость их движения в печи 1 и газоходе 2, смещение факела пламени прекратится и восстановится нормальное горе- кие, то есть предотвращается недогар и снижается содержание оксидов углерода в дымовых газах. Топочные газы, пройдя газоход 2 и систему очистки, состоящую из

скруббера 3, трубы Вентури 5 и циклонного каплеуловителя 6. через дымовую трубу 7 сбрасываются в атмосферу. Для минимизации содержания в дымовых газах оксидов

углерода при минимальном расходе воздуха и минимальных энергетических затратах предусмотрен контур отрицательной обратной связи. Ввиду того, что содержание кислорода и оксидов углерода предварительно

минимизируется тремя ранее описанными контурами, контур обратной связи имеет низкий коэффициент усиления, за счет чего повышается быстродействие и интегральная точность системы, предотвращается перерегулирование и самовозбуждение. Содержание оксидов углерода в дымовой трубе 7 замеряют датчиком 17 и полученный сигнал СО подают на первый вход схемы 32 сравнения, на второй вход которой заведен сигнал оптимальной величины. Схема 32 сравнения формирует сигнал А1 разности:

25

.

0

5

Содержание кислорода в дымовой трубе 7 замеряют датчиком 19 и полученный сигнал 02 подают на первый вход схемы 33 сравнения, на второй вход которой заведен 0 сигнал . Схема 33 сравнения формирует сигнал А2 разности:

А 2 02 - ,

5 Выходные сигналы схем 32 и 33 сравнения подают в сумматор 34, который формирует сигнал As Ai-A2 . Сигнал Аз подают в блок 31 коррекции подачи воздуха.

При увеличении содержания оксидов углерода в дымовых газах сигнал СО увеличивается, при этом увеличиваются сигналы AIH Аз . выходной сигнал блока 31 также увеличивается, что приводит к открытию заслонки 25 и увеличению подачи воздуха. Увеличение подачи воздуха приводит к снижению содержания СО в дымовых газах.

Избыточная подача воздуха сопровож- дается не только уменьшением СО, но и 0 повышением 02, повышением водо- и энергопотребления, повышается влаго- и пылеунос, что также увеличивает количество выбрасываемых в атмосферу дымовых газов.

При увеличении подачи воздуха сверх меры существенно возрастает содержание кислорода в дымовых газах, при этом увеличивается сигнал А2 О2 - и уменьшается сигнал Дз Д1-Д2 . что

сопровождается соответствующим снижением выходного сигнала блока 31 и закрытием задвижки 25, приводящим к снижению подачи воздуха. В конечном итоге подача воздуха застабилизируется на уровне, обес- печивающем приемлемую степень окисления и качественные параметры процесса: энергетические, водорасходные, пылеунос, смещение факела пламени и т.п. Таким образом обеспечивается корректирование подачи воздуха контуром отрицательной обратной связи по содержанию оксидов углерода и кислорода в дымовых газах. Следует заметить, что высокая интегральная точность и быстродействие системы с отрица- тельной обратной связью обеспечиваются оперативным изменением регулируемых входных параметров при нерегулярных воздействиях на неуправляемые входные величины, при этом суммарное воздействие на разбалансировку системы становится минимальным. Другими словами, внешние воздействия на систему корректируются соответствующими изменениями входных параметров и сводятся к минимуму, при этом воздействие отрицательной обратной связи также уменьшается,-чем предотвращаются перерегулирования, снижается время обработки внешнего воздействия, уменьшается погрешность, то есть увеличи- вается точность.

Применение способа на агрегатах сжигания отходов производства капролактама позволит уменьшить содержание оксидов углерода в среднем на 0,015%, что при количестве выбросов порядка 120000 кг/час позволит предотвратить выбросы в атмосферу только оксидов углерода около 150 т/год.

Формула изобретения Способ управления процессом сжигания жидких стоков путем определения температуры в газоходе, оксидов углерода в дымовых газах, содержания воздуха и изменения соотношения расходов газа и воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при раздельной подаче горючих и негорючих стоков, измеряют расходы негорючих и горючих стоков и содержание кислорода в дымовых газах, по суммарному расходу горючих и негорючих стоков рассчитывают необходимые расходы газа и воздуха и определяют разницу отклонений от заданных значений содержания оксидов углерода и кислорода в дымовых газах, и в зависимости от этой разницы корректируют подачу воздуха, а при одновременном достижении расходом воздуха максимального Значения и температурой критического уменьшают подачу негорючих стоков.

Использование: в способах управления термической обработкой сточных вод в производствах капролактама и адипиновой кислоты. Сущность изобретения: измеряют расходы негорючих и горючих стоков и содержание кислорода в дымовых газах. По суммарному расходу горючих и негорючих стоков рассчитывают необходимые расходы газа и воздуха. Определяют разницу отклонений от заданных значений содержания оксидов углерода и кислорода в дымовых газах. В зависимости от этой разницы корректируют подачу воздуха. При одновременном же достижении расходом воздуха максимального значения и температурой - критического уменьшают подачу негорючих стоков.1 ил.

пг

jr- паи/юЭный raj rcft ГС2 . ivptovue r/nons ffrc -нгл уоуие стоки SO- -Волну

Ј t/fTTff

is