Способ автоматического управления процессом получения сернистого газа Советский патент 1981 года по МПК C01B17/50 G05D27/00 

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом получения сернистого газа и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом получения сернистого газа, предусматривающий одновременное регулирование KOHueHTpiaции сернистого ангидрида в печном газе изменением подачи сырья и температуры газа, изменением подачи воздуха в печЬ; {1 .

Однако способ имеет низкую устойчи вость системы управления, обусловленную тесной взаимосвязью регулируемых величин.

Известен также способ автоматического управления, предусматривающий стабилизацию концентрации сернистого газа путем поддержания постоянной температуры газа изменением подачи колчедана в печь и стабилизацию подачи воздуха в печь 2.

Недостатком данного способа является низкая статическая точность стабилизации концентрации сернистого газа, обусловленнаяГ неоднозначностью связи между концентрацией и температурой газа.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором стабилизация концентрации сернистого ангидрида в газе осуществляется путем изменения подачи колчедана в печь по измеренной с помощью автоматическрго газоанализатора концентрации газа и стабилизации подачи воздуха в печь 3.

10

Общим недостатком всех известных способов является то, что при управлении процессом с их использованием не достигается максимальная степень

15 сгорания серы в печи, что приводит к увеличению проскоков несгоревшей серы и, как следствие, к снижению тлхоя& продукта, увеличению расходных коэффициентов по сырью, увеличе20нию затрат на ремонт оборудования. Для максимизации степени сгорания сырья необходимо поддерживать расход воздуха в печь не на постоянном значении, как в приведенных спосовах,

25 а на оптимальном значении, зависящем от общего расхода воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого газа в печном газе и максимально допустимого значения темпера30туры в печи. Цель изобретения - максимизация степени сгорания серы в печи, увеличение выхода продукта, снижение расходных коэффициентов по сырью, снижение затрат на ремонт оборудова ния. Поставленная цель достигается тем, что расход воздуха в печь изме няют в зависимости от общего расхо воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого ангидрида в газе после печного агрегата и макси мально допустимого значения температуры в печи. При определении оптимального значения расхода воздуха в печь . учитывают также ограничение на тем пературу в печи, верхний предел которой зависит от материала и состоя ния футеровки. На фиг. 1 представлена функциональная схема автоматической систем управления; на фиг. 2 - блок-схема алгоритма управления. Устройство, реализующее предлага мый способ, содержит печной агрегат 1, первичный измерительный преобразователь 2 общего расхода воздуха, измерительный Злемент 3 общего расхода воздуха с дистанционной переда чей, вторичный прибор 4 измерителя общего расхода воздуха, первичный измерительный преобразователь 5 рас хода воздуха в печь, измерительный элемент б расхода воздуха в печь с дистанционной передачей, регулирующ прибор 7 измерителя расхода воздуха в печь, измеритель 8 концентрации сернистого ангидрида в печном газе с дистанционной передачей,регулирую щий прибор 9 газоанализатора, задат чик 10 концентрации сернистого анги рида, задатчик 11 максимально допус тимой температуры в печи, управляющую вычислительную машину 12, испол нительный механизм 13 изменения подачи жидкой серы в печь, исполнител ный механизм 14 для изменения расхода воздуха в печь. Управляющая вычислительная машина 12 определяет оптимальное значение расхода воздуха в печь по алг ритму, блок-схема которого представ лена на фиг. 2. Алгоритм построен на основе математического описания циклонной печи, представляющего собой следующую систему уравнений матерйального и теплового балансов и уравнений кинетики ft . . 64-УвоС5оа. ,., S- 44.8-Х У-Оу,)СОД4вС5Ъ$-ИЭ,Я6 д1 -1-22ЬС|5Х ПС1в(1-)0 гУ ЛВС В По,« пвс - в.,.2ехр(): 1-expLK.tr(b-2Q)3 2a-bexpi:kt;(b-2ct)3 расход жидкой серы в печь, кг/Ч} общий расход воздуха, концентрация 02 в газе после печного агрегата, доли по объему; степень сгорания серы в печи; температура печного газа,С; доля потерь тепла в окружающую среду; теплоемкость жидкой серы, ккал/кг/град; температура жидкой серы, С; теплоемкость воздуха, ккал/мЗ. град; -расход воздуха в печь, температура воздуха. С; тепловой эффект сгорания серы, ккал/кг; теплота испарения серы, ккал/кг; средняя теплоемкость , печного газа, ккал/м град; г средняя теплоемкость паров серы,ккал/кгград; расход паров серы в начале зоны горения, мольный объем серы; молекулярный вес серы; расход паро-воздушной смеси в начале зоны горения, м V4; начальная концентрация паров серы в зоне горения;начальная концентрация кислорода; среднее время пребывания смеси в зоне горения,с; объем зоны горения, константа скорости реакции горения серы. ьный процесс определения расхода воздуха в печь

(Vg) носит циклический характер. Каждый внешний цикл расчета (М) начинается с изменения значения расхода воздуха в печь с шагом , определяемым требуемой точностью поиска оптимального расхода воздуха в печь и принятым равным 50, и заканчивается определением соответствующего . значения степени сгорания расхода воздуха в печи, которое осуществляется при нарушении ограничения по температуре в печи или при снижении степени сгорания серы. Кроме того, учитывая взаимосвязь- между температурой в печи и степенью сгорания серы, для расчета статического режима печи при каждом значении расхода воздуха в печь предусмотрен внутренний цикл расчета, номер .которого обозначен N. Выход из внутреннего цикла осуществляется при достижении требуемой сходимости результатов соседних циклов расчета значений расхода жидкой серы на печь.

Автоматическая система работает следующим образом.

Непрерывный выходной сигнал с измерителя 8 (фиг. 1), соответствующий истинному значению концентрации сернистого ангидрида в печном газе, поступает в качестве переменной на вход регулирующего устройства 9 вторичного прибора газоанализатора, где сравнивается с сигналом задания, устанавливаемым задатчиком

10.В зависимости от отклоне1ния концентрации сернистого ангии ида от заданного значения регулирующий прибор 9 вырабатывает командный сигнал, воздействующий на исполнительный механизм 13, который, изменяет подачу жидкой серы в до тех пор,, пока концентрация сернистого ангидрида не станет равной заданному значению. С задатчика 10 сигнал задания, который изменяется при необходимости изменить производительность агрегата (например,, когда необходимо увеличить производительность при достижении верхнего предельного значения общего расхода воздуха на агрегат),- поступает на вход управляющей вычислительной машины 12, куда также пост тупает выходной сигнал с задатчика

11,соответствующий максимально допустимой температуре в печи и изменяющийся в зависимости от состояния футеровки печи.

Значение общего расхода воздуха, который изменяется случайно при изменении сопротивления воздушного тракта производства серной кислоты или производительности воздухо-на- гнетателя, или целенаправлено для изменения производительности агрегата при пострянной концентрации сернис-того ангидрида в печном газе, преобразуется с помощью первичного иэмерительного преобразователя 2 в сигнал, поступающий на измерительное устройство 3. Пропорциональный истинному значению общего расхода воздуха сигнал с выхода устройства 3 передается для регистрации на вторичный прибор 4 и на вход управляющей вычислительной машины 12. Значение расхода воздуха в печь преобразуется с помощью первичного измерительного преобразователя 5 .в сигнгш, посту0пающий на измерительный элемент 6. С выхода его сигнал, пропорциональный истинному значению расхода воздуха в печь, передается на регулирующий прибор 7 расходомера, где

5 регистрируется и сравнивается с сигналом задания, соответствующим оптимальному расходу воздуха в печь и поступающим с выхода управляющей вычислительной машины 12. В зависимос0ти от рассогласования регулирующий прибор 7 вырабатывает командный сигнал, воздействующий на исполнительный механизм 14, который изменяет расход воздуха в печь до тех пор, пока он не станет равным заданному оптималь5ному значению.

Оптимальный расход воздуха в печь рассчитывается управляющей вычислительной машиной 12 по следующему гшгоритму. (После выполнения очеред0ной операции следующая операция, которую нужно выполнять, указывается стрелкой). В блоке 15 форкетруеТся исходная информация на основе поступающих от внешних устройств сигна5лов переменных - общего расхода воздуха VPQ, заданного значения концентрации сернистого ангидрида в печном газе С и максимально допустимого значения температуры газа

0 в печи , и вводимых значений констант: tg , tg, Q|,, V.

в блоке 16 номеру внешнего цикла М присваивается значение, равное единице. В блоке 17 в зависимости от общего расхода воздуха на агрегат

5 VgpH номера внешнего цикла М рассчитывается значение расхода воздуха в печь Vg. В блоке 18 каждый раз перед входом во внутренний цикл степейи угорания серы X присваивается

0 значение равное единице. В блоке 19 номеру внутреннего цикли N также присваивается значение, равное единице. Далее в блоках 20-28 после«довательно.. рассчитываются значения

5 величин Gg, t, Vy У„вс a,b,rk,x по соответствующим уравнениям (1-9).

В блоке 29 сравнивается юмер внутреннего цикла N с единицей. Если N 1, т.е. выполняется, первый внутренний цикл расчета, то вычисли0тельный процесс продолжается в блоке 30, где номеру внутреннего цикла N присваивается очередное новое зна- , чение и операции, начиная с блока 20, повторяются. Если N 1, то в

5

блоке 31 рассчитывается величина GS2, представляющая собой разность между значениями расхода серы в печь в текущем и предшествующем внутренни циклах расчета. В блоке 32 величина GS2 сравнивается с выбранной точностью -расчета расхода серы в печь 6 , равной 5. Если требуемая сходимость не достигнута, т.е. GS2 6 , S блоке 30 номеру внутреннего цикла N присваивается очередное новое значение и операции, начиная с блока 20, повторяются. Если условие GS2 6 не выполняется, т.е. требуемая точность расчета достигнута, осуществляется выход из внутреннего цикла и вычислительный процесс продолжается в блоке 33, где проверяется соблюдение ограничения по температуре в печи, сравнивается рассчитанное значение температуры печных газов в печи t (М) с максимсьльно дЬпусти1«ым -rwa)c ограничение нарушено, т.е. t(М) , расчет заканчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения расхода воздуха в печь, которым является значение предшествующего цикла расчета, т.е. Vg(M-l). Если ограничение по температуре в печи не нарушено, т.е. если условие t(M) 7 t rmax не выполняется, то в блоке 35 сравни вается значение степени сгорания серы в печи текущего и предшествующего внешних циклов расчета. Если степень сгорания повысилась, т.е. если х(М) х(М-1), то в блоке 36

гномеру внешнего цикла М присваивается очередное новое значение и операций, начиная с блока 17, повторяются Если же степень сгорания не повысилась, что соответствует невыполнению условия х(М) х(М-1), то расчет заканчивается и через блок 34 осуществляется вывод оптимального значения

расхода воздуха в печь, которым является значение предшествующего цикла расчета, т.е. Vg.(М-1). Это значение направляется в качестве задания регулирующему прибору i7. Предлагаемой способ позволяет повысить степень сгорания серы на 0,001, при зтом возрастает объем производства на 0,1%, уменьшается расходный коэффициент по сере на 0,0004 и снижаются затраты на текущ и капитальный ремонты оборудования на 0,05-0,075 руб/т.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом получения сернистого газа путем стабилизации концентрации сернистого ангидрида в газе после конечного агрегата изменением подачи жидкой серы в печь и регулирования расхода воздуха в печь, отличающийся тем, что, с целью максимизации степени сгорания серы в печи и увеличения выхода продукта, расход воздуха в печь изменяют в зависимост от общего расхода воздуха на печной агрегат, заданной концентрации сернистого ангидрида в газе после печног о агрегата и максимально допустимого значения в печи.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1.Бернштейн И.М. и др. Автоматизация управления сернокислотным производством. М., Химия , 1975, с. 65.

2.Авторское свидетельство СССР 135472, кл. С 01 В 17/54, 1961.

3.Амелин А.Г. Производство серной кислоты. М., Химия, 1967, с. 397.

Воз8у%

/If. .М« ./Ч,ад ЛУ l 1

Bffoff данных

1.9.вп/гг1

20

21

29.

я- -V

(и;/хГи1