способ управления процессом сушки в барабанных сушилках

Формула изобретения

Способ управления процессом сушки в барабанных сушилках с наружным обогревом топочными газами и прямоточным движением теплового агента путем двухзонного регулирования, включающий подачу топлива в первую зону в заданном соотношении к расходу воды, поступающей на испарение в барабан в составе высушиваемого материала, отличающийся тем, что расход топлива изменяют с запаздыванием к изменению расхода воды в соответствии с уравнением:

где F_i+1 - расход топлива, который необходимо подать в первую зону камеры обогрева сушильного барабана спустя время Т после изменения расхода воды на испарение, нм³ /ч;

F_i - расход топлива в первую зону в предшествующий момент времени, нм³/ч;

Т₆₀ - время достижения высушиваемым материалом 60% длины первой зоны барабана, с;

К - заданное соотношение расходов воды, поступающей в барабан на испарение, и топлива в первую зону, нм³ /кг;

G_водыi - расход воды, поступающей на испарение в барабан в предшествующий момент времени, кг/ч;

F _пот. - расход топлива, сжигание которого обеспечивает компенсацию тепловых потерь барабана, нм³/ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано в промышленности технического углерода, химической и металлургической промышленностях, производстве строительных материалов, где для сушки или тепловой обработки продуктов используют барабанные сушилки с наружным обогревом топочными газами и прямоточным движением теплового агента.

Известен способ управления процессом сушки технического углерода путем регулирования подачи топлива на получение топочных газов для обогрева барабана в две зоны, причем топливо во вторую зону подают для поддержания заданной температуры газов, отсасываемых из камеры обогрева через внутреннюю полость барабана, а в первую зону - в заданном соотношении к расходу воды, поступющей в барабан на испарение в составе влажного техуглерода (В.Ю.Орлов, А.М.Комаров. Производство и использование технического углерода для резин. Ярославль, 2002, с.367-368).

Недостатками данного способа являются:

- несоответствие алгоритма подачи топлива в первую зону характеру движения влажного продукта по длине барабана;

- отсутствие в алгоритме компенсации тепловых потерь.

Подачу топлива в первую зону в соответствии с этим способом можно выразить формулой: ,

где: F пот. - расход топлива, подаваемого в первую зону камеры обогрева барабана, нм³/ч;

К - заданное соотношение расходов воды, поступающей в барабан на испарение и топлива в первую зону, нм³/кг;

G воды - расход воды, поступающей на испарение в барабан, кг/ч.

При изменении (например, увеличении) количества воды, поступающей в барабан, в соответствии с формулой (1) прямопропорционально скачкообразно увеличится количество топлива, подаваемого в первую зону. При этом температура дымовых газов, а следовательно, и стенки барабана, и высушиваемого продукта повысится по всей длине первой зоны барабана. Однако дополнительное количество влаги находится в первый момент в самом начале барабана, остальной материал, находящийся в первой зоне, не требует для высушивания дополнительного тепла и, получив его, перегревается, т.е. качество сушки ухудшается. В то же время скачкообразное увеличение расхода топлива в первую зону скачком изменяет установившуюся температуру газов, отсасываемых из барабана, и дестабилизиует процесс досушивания материала во второй зоне.

При сокращении количества воды, поступающей в барабан (вплоть до прекращения подачи), в соответствии с формулой (1) происходит сокращение количества топлива, подаваемого в первую зону также вплоть до прекращения подачи. Однако сушильный барабан обладает тепловыми потерями и для их компенсации необходимо сжигание определенного количества топлива в первой зоне, даже если материал в барабан не поступает.

В связи с этими недостатками колебания расхода воды, поступающей в барабан, приводят к значительным колебаниям влажности продукта на выходе из барабана вплоть до выхода за допустимые границы и получения брака.

Задачей изобретения является повышение качества сушки технического углерода.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления процессом сушки в барабанных сушилках с наружным обогревом топочными газами и прямоточным движением теплового агента путем двухзонного регулирования, включающем подачу топлива в первую зону в заданном соотношении к расходу воды, поступающей на испарение в барабан в составе высушиваемого материала, расход топлива изменяют с запаздыванием к изменению расхода воды в соответствии с уравнением:

где: Fi+1 - расход топлива, который необходимо подать в первую зону камеры обогрева сушильного барабана, спустя время Т, после изменения расхода воды на испарение, нм³ /ч;

Fi - расход топлива в первую зону в предшествующий момент времени, нм³/ч;

Т₆₀ - время достижения высушиваемым материалом 60% длины первой зоны барабана, с;

К - заданное соотношение расходов воды, поступающей в барабан на испарение и топлива в первую зону, нм³ /кг;

Gводы i - расход воды, поступающей на испарение в барабан в предшествующий момент времени, кг/ч;

Fпот. - расход топлива, сжигание которого обеспечивает компенсацию тепловых потерь барабана, нм³/ч.

На чертеже дана схема управления процессом сушки в барабанной сушилке, где: 1 - смеситель, 2 - расходомер воды, 3 - расходомер топлива, 4, 10 - котроллеры, 5, 9 - регулирующие клапаны, 6 - сушильный барабан, 7 - газодувка, 8 - термометр.

Расход воды, поступающей на смешение с материалом в смеситель - гранулятор 1, измеряют расходомером 2. Расход топлива, поступающего в первую зону камеры обогрева барабана 6, измеряют расходомером 3. Значения расходов поступают в контроллер 4, командный сигнал с которого посредством клапана 5, изменяет расход топлива, подаваемого к горелкам первой зоны камеры обогрева сушильного барабана. Температуру газов, отсасываемых из камеры обогрева через внутреннюю полость барабана газодувкой 7, измеряют термометром 8, сигнал с которого поступает в контроллер 10, командный сигнал с которого посредством клапана 9 изменяет расход топлива, продаваемого к горелкам второй зоны камеры обогрева барабана.

При изменении расхода воды, поступающей на испарение, материал с изменившейся влажностью вытесняет из первой зоны барабана прежнюю порцию за определенное для каждого барабана время. Расход топлива, подаваемый в первую зону камеры обогрева барабана в соответствии с уравнением (2) будет изменяться с запаздыванием и достигнет значения в соответствии с заданным соотношением К к моменту времени, когда вся первая зона барабана заполнится материалом с изменившейся влажностью. При сокращении подачи воды, поступающей на испарение, вплоть до полного прекращения (G воды=0) расход топлива в первую зону с запаздыванием достигнет значения F пот., обеспечивающего компенсацию тепловых потерь барабана.

Таким образом, изменение расхода топлива, подаваемого в первую зону камеры обогрева барабана, будет происходить синхронно с движением высушиваемого материала по его длине, что и отражает выражение (2).

Величины К, Fпот., Т₆₀ в уравнении (2) являются постоянными в каждый момент времени, а их конкретные значения определяются конструкцией барабана и технологическим режимом. Величины Fi и Fi+1 непрерывно вычисляются и хранятся в памяти котроллера системы автоматического регулирования в зависимости от текущего расхода воды, поступающей на испарение G воды.

Способ осуществляют следующим образом.

Пусть, например, увеличился расход воды в смеситель 1, что вызовет нарушение равновесия контроллера 4, который в соответствии с выражением (2) будет рассчитывать и изменять с запаздыванием расход топлива в первую зону камеры обогрева сушильного барабана до установления нового равновесия контроллера путем воздействия на клапан 5. Увеличение влажности материала приведет к снижению температуры газов, отсасываемых из барабана, что вызовет нарушение равновесия котроллера 10, который, воздействуя на клапан 9, изменит расход топлива, подаваемого во вторую зону, вплоть до восстановления заданной температуры отсасываемых газов. Таким образом, влажность материала на выходе из барабана не изменится.

ПРИМЕР. Способ управления процессом сушки испытан и используется в промышленных условиях ОАО "Техуглерод" для сушки мокрых гранул технического углерода в сушильном барабане БСК-40М с наружным обогревом топочными газами и прямоточным движением теплоносителя. Управление осуществляют вычислительным комплексом на базе котроллера Controllogix производства фирмы Allen-Bradley.

Способ позволяет поддерживать заданную влажность продукта на выходе из сушильного барабана при колебаниях расхода воды, достигающих 30% от установившегося.