Устройство для автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи Советский патент 1981 года по МПК C10G9/20 G05D27/00 

i

Изобретение относится к устройствам для автоматического уцравления пиролизными печами в производстве олефинов и может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности для производства этилена и других мономеров.

Известно устройство для автоматического управления процессом пиролиза в многопоточной трубчатой печи, содержащее датчик, регулятор и регулирующий клапан для регулирования температуры пирогаза на выходе из печи, датчики температуры стенок змеевиков, усреднители, узел вычисления функции жесткости и регулятор средней функции жесткости, блок выбора максимального сигнала и регулятор максимальной температуры, регуляторы и регулирующие клапаны на линиях подачи топлива в отдельные ряды горелок, а также датчики расхода сырья в змеевики печи 1 J- Устройство осуществляет регулирование средней функции жесткости воздействием на подачу топлива в отдельные ряды горелок в зоне начальных участков змеевиков и поддерживает максимальную температуру стенок пирозмеевиков на их конечных участках воздействием на подачу топлива в соответствутяцие ряды горелок.

Известно также устройство для автоматического управления тепловым

10 режимом трубчатой пиролизной печи, содержащее последовательно соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и клапан подачи топлива в печь, датчик расхода

IS сырья в печь, подключенный к первому входу блока управления, датчик температуры поверхности стенки змеевика, соединенный со -входом блока сравнения , блок коррекции и клапаны на

20 линиях подачи топлива в отдельные ряды горелок С2 J.

Общим недостатком известных устройств является то, что управление величиной реакционной зоны процесса пиролиза осуществляется без учета выхода целевых продуктов с печи, ко.торый в определяющей степени зависит от температурного профиля по дли не змеевика.. В результате этого температурный профиль по длине змеевика .отличается от оптимального, что снижает производительность печи по целевым продуктам. Целью изобретения является повыше ние производительности печи. Цель достигается тем, что известное устройство дополнительно содержит датчик расхода топлива в печь, хатчики и регуляторы расхода топлива в отдельные ряды горелок и датчик состава пирогаза на выходе печи, при этом датчик расхода топлива в печь параллельно подключен ко второму вхо ду блока управления и первому входу блока коррекции, выход блока сравнения связан с третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен с выходом блока коррекции, подключенному-СВОИМ вторым входом к . датчику расхода сырья в печь, а третьим входом - к датчику состава пи.рогаза, выходы датчиков расхода топл ва в отдельные ряды горелок параллел но подключены к остальным входам бло ка коррекции и ко входам своих регуляторов, выходы которых связаны с клапанами на линиях подачи топлива а выходы блока зшравления подключены к регуляторам расхода топлива в отдельные ряды горелок. . На рисунке схематично изображена крупнотоннажная пиролизная печь 1, состоящая из конвективной 2 и радиан ной 3 секций. Расход сырья в печь измеряется датчиком 4. Общий расход топлива на печь измеряется датчиком 5, температура пирогаза на выходе из печи измеряется датчиком 6 и регулируется регулятором -7 и клапаном 8. Расходы топлива в отдельные ряды горелок измеряются датчиками 9. и регул руютс регуляторами 10 и клапанами 11. Информация от датчиков расхода 5 и 9 поступает на входы блока 12 коррекции. На входы этого блока поступает также информация от датчика 4 и датчика 13 состава пирогаза. Выход блока 12 соединен со входом блока 14 управления, другой вход которо го соединен с датчиком 15 температуры поверхности стенки змеевика через блок 16 сравнения. Входы блока 4 14 подсоединены также к датчикам 4 И 5. Выходы блока 14 -управления подсоединены к камерам задания регул - торов 10 расхода топлива в отдельные ряды горелок. Устройство работает-следующим образом. Контур регулирования,состоящий из датчика 6, регулятора 7 и клапана8, осуществляет стабилизацию температуры пирогаза на выходе из печи и при этом устанавливает определенный общий расход топлива на печь, -Измеряемый датчиком 5. Контуры регулирования, состоящие из датчиков 9, регуляторов 10 и клапанов 11, стабилизируют расходы топлива в отдельные ряды горелок. Информация от датчиков 5 и 9 поступает на входы блока 12, где вначале сглаживается по закону .Pc.:-Vn-(Vn-fc :. где .- измеренное, значение расхода топлива на п-ом шаге; сглаженное значение расхода на п-1 шаге; сглаженное значение расхода на п-ом шаге; коэффициент сглаживания, равный 0,8fl,0, подбирается экспериментальным путем. Цикл сглаживания информации равен 1 раз в 5 мин. Затем в блоке 12 путем решения системы уравнений, данньми которой является текущая информация, поступающая от датчиков 4, 5, 9 и 13, определяются коэффициенты модели пиролиза К. --(). где R - текущие сглаженные значения расходов топлива в обпщй коллектор (е) и отдельные ряды горелок (Rf и т.д.), поступающие от датчиков 5 л и 9, нм /час; F- - измеренное датчиком 4 значение расхода сырья в печь, кг/час; 5 в . - текущее значение выхода j-oro целевого продукта Ij IrS) в печи, в кг/час; с игр изо/., gij3 С j 1° YooVo где С: - измеренная датчиком 13 концентрация j-oro целевого продукта в пирогазе, вес.% 1 -,метановодородная фракци - 2 - этш1ен; 3 - этан; 4 -- пропилен; 5 - бутилен-дивинильная фракция. Рассчитанные из системы уравнений (2) коэффициенты сглаживаются по закону, аналогичному (l) . JCMl- M-ir ar/vv-a-i jCM где К: значение коэффициента, рассчитанное из системы (2) 3-ом шаге; сглаженное значение коэффициента на АЛ-1 3 шаге; . сглаженное значение коэффициента на f АЛ-ом шаге; cL - коэффициент сглаживания определяется эксперимен тально в пределах 0,7т1 Цикл срабатывания блока 12 по. расчету коэффициентов равен 1. раз в 25-35 мин. В блоке 14 на основе информации, поступающей от датчиков 4 и 5, с выхода блока 16 сравнения и с выход блока 12, а также из заданных значе ний расходов целевых продуктов с пе чи, определяются управляющие воздей ствия регуляторов расхода топлива в отдельные ряды горелок. Вначале решается система уравнений относительНО неизвес тных F-, „4 /F FIРИ ( i 2CNv3Po( D - I1 2- Ь FO го в - ril . р| Ь п .5-1т; ь --тгг с зРс где K;iQM сглаженные значения к ( 1-5) эффициентов-модели, поступаюЕцие из блока FJ - искомые значения упра ляющих воздействий. F 0 выдаваемые регулятором расхода топлива в отдельные ряды горелок, ВЗ () заданные значения расходов целевых.продуктов с печи, кг/ч. Прежде чем блок 13 выдаст значе- F- в качестве заданий йа соответ- ствующие регуляторы,-в блоке 16 проверяется значение температуры стенки пирозмеевика на его конечном участке. Если измеренное значение температуры стенки не выше допускаемого то рассчитанные значения Fj без всякой корректировки формируются и вьщаются на соответствующие .регуляторы.. Если же измеренное.значение температуры стенки больше допускаемого значения рассчитанные значения F- подлежат корректировке в зависимости от разности температур: ЛТ (6) ст Если ДТ-0-10 С, TOAFAo-3 о .3-5. нм7ч (7) ДТ 10-20 с, ToAF/ 3-5 ДТ720С, то нм/ Корректировка значений F- осуществляется по закону .F;, 1 1 - 1 то есть увеличивается расход топлива в регулируемые ряды горелок, тем самым снижается расход тойлива в последний нерегулируемый ряд Горелок, обогревающий пирозмеевик на конечном участке, и температура стенки этого, наиболее подверженного опасности перегрева, участка змеевика снижается. Общий расход топлива на печь, устанавливается клапаном 8, остается неизменным. Значения Д F- для каждой конкретной печи определяются, экспериментально в указанньк пределах. Цикл срабатьшания блока 14 совпадает с циклом срабатывания блока 12, цикл срабатывания блока 16 составляет от 5 до 15 мин и выбирается экспериментально для конкретной пиролизной печи. При изменении заданий по выходам целевых продуктов устройство осуществит перераспределение тепла по длине пирозмеевика таким образом, чтобы текущие выходы целевых продуктов с печи соответствовали заданным. Таким образом, изобретение позволяет управлять выходами целевых про7дуктов с печи плавным регулированием температурного профиля по длине ьирозмеевика, одновременно осуществляется контроль, и регулирование температуры стенки участка пирозмеевика, который, испытывает наибольшую-теплГовую нагрузку. Это позволяет увеличит производительность пиролизной печи по целевым продуктам. Вместо датчиков.расхода топлива в отдельные ряды горелок и общего расхода топлива в данном устройстве могут быть использованы соответственно датчики давления топлива на отдельных рядах- горелок и общего давления топлива на печь. Использование данного устройства позволяет увеличить выход основных целевых продуктов на 1-3%. Формула изобретения Устройство для автоматического управления процессом - пиролиза в труб чатой печи, содержащее -последователь но соединенные датчик температуры пирогаза на выходе печи, регулятор и Клапан подачи топлива в печь, датчик расхода сырья в печь, подключенный к первому входу блока управления, датчик температуры поверхности стенки змеевика соединенный со входом блока сравнения, блок коррекции 0 и клапаны на линиях подачи топлива отдельные ряды горелок,, о т л и вч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения, производительности печи, оно дополнительно содержит датчик расхода топлива в печь, датчики и регуляторы расхода топлива в отдельные ряды горелок и датчик состава пирогаза на выходе печи,, при этом датчик расхода топлива в печь параллельно подключен, ко второму входу блока управления и первому входу блока коррекции выход блока сравнения связан с третьим входом блока управления, четвертый вход, которого соеданен с выходом блока коррекции подключенному своим вторым входом к датчику расхода сырья в печь, а третьим входом - к датчику состава пирогаза, выходы датчиков расхода топлива в отдельные ряды горелок параллельно подключены к остальным входам блока коррекции .и ко входам своих регуляторов,ыходы которых связаны с клапанами на линиях подачи топлива, а выходы блока управления подключены к регуляторам расхода топлива в отдельные ряды горелок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 416375, кл. С 10 G 9/20, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР №507615, кл. С 10 G 9/20, 1973.