1.6.4.3. Стратегия управления регенерацией щелоков в срк

Стратегию управления СРК определяет реше­ние следующих основных задач [139-142, 146]:

• координированное управление нагрузкой СРК по черному (зеленому) щелоку и перегретому пару;

• создание оптимальных условий для регене­рации черного щелока в топке котла с получением в результате зеленого щелока заданного качества и минимальными потерями химикатов в процессе;

• эффективная утилизация тепла, выделенно­го в процессе регенерации щелока, для процесса генерации пара;

— обеспечение безопасной работы котла. Основные функции системы управления СРК

представлены на рис. 1.105.

Координированное управление нагрузкой СРК по черному (зеленому) щелоку и перегретому пару позволяет определить текущий режим работы кот­ла как энерготехнологического объекта управле­ния в зависимости от приоритета задач, связан­ных с потребностями целлюлозного завода по ще­локам для варки целлюлозы и тепловой энергии, расходуемой на проведение технологических про­цессов и выработку электрической энергии.

Оптимальные условия для регенерации щелока определяются, во-первых, формированием свойств черного щелока в процессе его подготовки, перед

вводом в топку СРК, и созданием условий в соот­ветствующих зонах топочного пространства кот­ла. Свойства черного щелока формируются исходя из его текущего состава (концентрации а. с. в., в том числе содержания органики и минеральных веществ), изменения его вязкости и давления пе­ред форсунками. Управление давлением и вязкос­тью черного щелока перед форсунками обеспечива­ет необходимый размер капель щелока при его рас­пыле в топке, а также стабильность его горения и направленность химических преобразований. Управление расходом воздуха по уровням дутья со стабилизацией разрежения в топке позволяет со­здать условия для процесса горения с максималь­ным выделением тепла в нижней части топки для химических преобразований щелока в плав, сокра­щения эмиссий из топочного пространства (потери химикатов) и минимизации потерь тепла от хими­ческого недожога.

Эффективная утилизация тепла для процесса генерации перегретого пара определяется выбором и корректировкой режимов работы СРК системой управления, приводящей в соответствие матери­альный баланс тепловому балансу котла, управле­нием избытком воздуха для процесса сжигания топлива и системой очистки поверхностей нагрева котла от зольных отложений.

Безопасность работы СРК является результа­том работы соответствующих систем автоматиче­ской сигнализации и защиты. Перечень параметров для технологической и технической диагностики со­стояния процесса и оборудования СРК приводится в нормативной документации на проектирование.

1.6.4.4. Задачи системы управления срк

Управление производительностью СРК

Управление производительностью СРК с пози­ции технологии целлюлозного завода связано с определением нагрузки котла по черному щелоку. Нагрузка котла определяется уровнем производи­тельности варочного цеха целлюлозного завода,

а значит, из баланса завода в целом и запасов щелоков в цикле регенерации. С позиции потреб­ностей производства целлюлозы в энергии, произ­водительность СРК может задаваться по перегре­тому пару, в таких случаях к установленному рас­ходу черного щелока в топку котла вводят дополнительное топливо, что повышает паровую производительность СРК, но в значительной мере влияет на процесс регенерации черного щелока. Поэтому дополнительное топливо предпочтитель­но использовать только в случаях ухудшения про­цесса горения, вызванного высокой влажностью по­ступающего в топку щелока. Расход щелока в топку определяется разностью расходов в подающей и цир­куляционной щелоковых линиях (рис. 1.106) и регулируется изменением расхода в подающей ли­нии совместно с включением соответствующего чис­ла щелоковых форсунок.

Использование модели баланса СРК в системе управления его производительностью применяют, например, фирмы «АВВ», «Honeywell», ВНИИБ (Россия) [133, 139, 140, 142]. На основе данных о расходе и параметрах черного щелока (% а. с. в. в щелоке, общее содержание в щелоке углерода, водорода, серы, натрия), подаваемого в топку СРК, а также используемого дополнительного топлива осуществляется управление расходом общего воз­духа в топку котла и управление его распределе­нием по уровням дутья.

Подготовка черного щелока к сжиганию и его распыл в топке СРК

Впрыск концентрированного черного щелока в топку должен осуществляться таким образом, что­бы средний размер капель щелока был по возможно­сти крупным и не приводил к охлаждению огарка на поде котла. Это означает, что сжигание щелока дол­жно осуществляться в нижней части топки котла с поддержанием максимальной температуры в зоне огарка. Тогда теплопередача от газов к огарку бу­дет оптимальной. Правильный размер капли мо­жет быть определен по температуре поверхности огарка, его форме и высоте, а также уровню эмис­сий из топки котла. Основными факторами, влия­ющими на размер капель распыляемого черного щелока, являются вязкость щелока и его давле­ние перед форсунками. Вязкость щелока, в свою очередь, зависит от содержания в нем а. с. в. и его температуры. В системах управления распылом щелока вязкость регулируют изменением температу­ры щелока на выходе щелокового подогревателя за счет расхода пара в поток щелока (см. рис. 1.106). Задание регулятору температуры щелока формиру­ется с учетом изменений концентрации а. с. в., поступающего на сжигание черного щелока, а так­же корректирующего воздействия по величине эмис­сий из топки котла.

Также для коррекции управления можно исполь­зовать математические модели изменения свойств щелока в зависимости от температуры и содержа­ния сухого остатка.

Давление черного щелока перед форсунками обычно стабилизируют для условий заданной про­изводительности СРК. Было установлено, что при использовании плоских распылителей можно по­стоянно контролировать производительность СРК в пределах 65... 110 % от номинальной только из­менением давления черного щелока перед распы­лителями. Ограничением является обязательное наличие потока щелока в обратном трубопроводе.

В случае модифицированного процесса регене­рации — сжигания топливной смеси (сульфатных

и сульфитных щелоков) дополнительно использу­ют управление расходом сульфитного щелока для изменения его концентрации в топливной смеси. Ограничение доли сульфитного щелока в топлив­ной смеси связано со снижением скорости выгора­ния огарка [143]. Для оптимизации расхода суль­фитного щелока используют контроль значения параметра рН топливной смеси [144]. Понижение значения рН топливной смеси приводит к увеличе­нию концентрации сульфитных щелоков и может ухудшить процесс горения.

Управление расходом воздуха для сжигания черного щелока в топке СРК

Процесс регенерации щелока в топке СРК осу­ществляется за счет тепла, выделенного в резуль­тате его сжигания. Для успешного сжигания ще­лока и снижения токсичных выбросов СРК подачу воздуха в топку организуют по трем уровням ду­тья. Управление процессом сжигания черного ще­лока считают основной задачей в системе управле­ния СРК и реализуют следующими системами ре­гулирования:

• расходом общего воздуха в топку котла;

• температурой общего воздуха;

• распределением расхода общего воздуха по уровням дутья с управлением расходами первично­го, вторичного и третичного воздуха;

• разрежением в топке котла.

На рис. 1.107 представлена технологическая схема потоков воздуха и системы управления про­цессом сжигания щелока в топке котла. Данная схема использует для подачи воздуха в топку СРК вентилятор общего воздуха и вентилятор, повы­шающий давление вторичного и третичного возду­ха. Для улучшения процесса горения щелока при­меняют подогрев общего воздуха в паровом кало­рифере. На практике могут использоваться другие технологические схемы.

Управление расходом общего воздуха и его распределением по уровням дутья

Управление расходом общего воздуха, предназ­наченного для регенерации щелока за счет его сжи­гания в топке СРК, связано также с тепловой эф­фективностью работы котла и стабильностью про­цесса регенерации щелока. Даже незначительное увеличение расхода воздуха по сравнению с требу­емым для процесса горения, приводит к увеличе­нию тепловых потерь СРК и снижению его тепло­вого КПД. Величину избытка воздуха оценивают по концентрации кислорода в дымовых газах на выходе из топки или за котельным пучком. В слу­чае одновременного сжигания в СРК щелока и до­полнительного топлива (мазута или природного газа) задание регулятору расхода общего воздуха рассчитывается с учетом его состава и расхода. Рас­чет расхода общего воздуха учитывает:

• количество общего воздуха, требуемого для установленной нагрузки котла по расходу черного щелока с учетом его теплотворной способности;

• количество общего воздуха, требуемого для совместного сжигания черного щелока и установ­ленного расхода дополнительного топлива;

• динамику изменения расхода общего воздуха в соответствии с изменяющейся нагрузкой котла.

В качестве обратной связи для избежания оши­бок в системе регулирования расходом общего воз­духа кроме измерения кислорода могут использо­ваться и измерения следующих параметров дымо­вых газов:

— общей концентрации горючих компонентов (СО + Н₂) или только процент СО;

• концентрации пыли;

• содержания S0₂.

Задание регулятору концентрации кислорода может корректироваться по дополнительному из­мерению концентрации оксида углерода, наличие которого в дымовых газах определяет величину хи­мического недожога топлива.

Наиболее простым способом управления распре­делением расхода общего воздуха по уровням ду­тья в топку котла можно считать его долевое рас­пределение в зависимости от уровня нагрузки СРК по черному щелоку. Возможны и другие способы управления, например, с использованием динами­ческих корректоров для расходов воздухов по уров­ням дутья. Для коррекции расходов воздуха выби­рают технологические параметры, характеризую­щие состояние процессов, происходящих в соот­ветствующих зонах топки котла.

Управление расходом первичного, вторичного и третичного воздуха

Стратегия управления расходом первичного воз­духа основана на зависимости отношения расхода первичного воздуха по отношению к расходу об­щего воздуха в топку котла. Изменение отноше­ния расхода первичного воздуха к расходу общего воздуха учитывает уровень нагрузки котла по чер­ному щелоку. Регулирование осуществляется из­менением производительности вентилятора первич­ного воздуха. Дополнительно может быть введена коррекция регулятору расхода первичного воздуха по температуре поверхности огарка на поду топки котла, которая определяет направленность и ин­тенсивность протекания основных химических ре­акций восстановления серы и карбонизации натрия.

Стратегия управления расходом вторичного воз­духа основана на зависимости отношения расхо­дов между уровнями дутья: первичного, вторично­го, третичного и общего воздуха; нагрузки СРК по черному щелоку; требуемого воздуха для сжига­ния дополнительного топлива и заданного уровня управления избытком кислорода. Регулирование осуществляется изменением производительности вентилятора вторичного воздуха.

Стратегия управления расходом третичного воз­духа также основана на зависимости отношения между расходами первичного, вторичного и тре­тичного воздуха к расходу общего воздуха; уровня нагрузки котла по черному щелоку; расхода до­полнительного топлива и заданного уровня избыт­ка воздуха. Регулирование осуществляется изме­нением производительности вентилятора третичного воздуха.

Управление разрежением в топке СРК

Управление разрежением в топке котла основа­но на стремлении его стабилизации на заданном уровне за счет изменения производительности ды­мососов. Производительность дымососов согласу­ется между собой таким образом, чтобы скорость движения дымовых газов не приводила к суще­ственным перекосам в газоходе котла, отрыву и вытягиванию факела в верхнюю часть топки. Так­же может учитываться динамика изменения рас­ходов топлива и общего воздуха в топку котла. В целях повышения качества процесса регулиро­вания разрежением в топке котла используется ус­реднение сигналов с двух датчиков разрежения, устанавливаемых с противоположных сторон топ­ки котла.

Управление производством зеленого щелока

Зеленый щелок образуется в процессе растворе­ния плава (расплав минеральных солей образуется из огарка в подовой части топки котла ) в слабом белом щелоке. Процесс растворения происходит в баке-растворителе плава. Ниже перечислены основ­ные задачи управления в производстве зеленого ще­лока (рис. 1.108).

1. Управление качеством зеленого щелока (опре­деляется концентрациями общей щелочи, карбо­ната натрия и сульфида натрия) за счет изменения расхода слабого белого щелока в бак-растворитель плава. Качество зеленого щелока зависит и от до-

зировки сульфата натрия (восполнения потерь хи­микатов) в поток черного щелока. Чаще указан­ные параметры качества определяются с помощью лабораторных анализов зеленого щелока, реже — с помощью специализированных датчиков-анали­заторов. На практике для контроля качества зеле­ного щелока между анализами проб используют измерение косвенного показателя качества — плот­ности зеленого щелока. Регулирование качества зеленого щелока осуществляется за счет измене­ния расхода слабого белого щелока в бак-раство­ритель плава и изменением дозировки сульфата натрия в бак-смеситель черного щелока в схеме подготовки щелока к сжиганию.

2. Управление уровнем зеленого щелока в баке-растворителе плава за счет изменения расхода зе­леного щелока из бака. Регулирование уровня мо­жет быть связано с величиной нагрузки СРК по черному щелоку и снижением потерь щелочи с па­рами вскипания.

3. Улучшение условий растворения плава пу­тем применения распыла струи плава из леток по­дачей пара и циркуляцией зеленого щелока в баке-растворителе.

ном высокозольном топливе. В этом случае регу­лированию подлежат следующие процессы:

• питание котла водой по отклонению уровня воды в барабане котла за счет изменения расхода питательной воды; возможны коррекции расхода питательной воды по расходу отбираемого с котла перегретого пара и пара, направляемого на саже-обдувочные аппараты для очистки поверхностей нагрева котла от зольных отложений;

• перегрев пара — температура перегретого пара на выходе из котла за счет изменения расхода ох­лаждающей воды в пароохладители, при стабили­зации давления перегретого пара;

• непрерывная продувка — удаление «засолен­ной» воды из солевого отсека барабана котла;

• тепловой эффективности работы котла за счет управления процессом очистки поверхностей на­грева котла с помощью паровых сажеобдувочных аппаратов.

Управление процессом очистки поверхностей нагрева котла от зольных отложений (сажеобдувка)

Управление процессом генерации пара

Задачи управления процессом генерации пара в СРК в общем схожи с задачами управления энер­гетическим котлом, работающим на низкокалорий-

Обобщенный алгоритм функционирования сис­темы управления процессом очистки внешних по­верхностей нагрева теплообменников пароводяно­го тракта СРК с помощью сажеобдувочных аппа­ратов и перечень задач представлены на рис. 1.109.

Работа системы очистки внешних поверхностей нагрева теплообменников котла от зольных отло­жений (сажеобдувка) объединяет выполнение сле­дующих основных функций:

• диагностику состояния и положения сажеоб-дувочных аппаратов (СОА);

• мониторинг текущего состояния заноса зо­лой отдельных поверхностей нагрева по одному или нескольким критериям оценки;

• формирование последовательности обдува по­верхностей нагрева;

• удаление конденсата из паропровода перед началом обдува;

• управление в определенной последовательно­сти включением сажеобдувочных аппаратов, объе­диненных в группы по участкам теплообмена, или индивидуально каждым аппаратом;

• информационную поддержку и аварийные со­общения.

Диагностика сажеобдувочных аппаратов пре­дусматривает выполнение следующих функций.

1. Определение работоспособности (исправнос­ти) каждого сажеобдувочного аппарата.

2. Слежение за положением каждого СОА, его исходным и текущим положением, длительностью пребывания каждого СОА в топке котла во время его включения в работу. Так как только один СОА может находиться в газоходе котла во время обдува, то данная задача выдает запрет на включение дру­гих аппаратов на период времени его работы. Также в зависимости от исправности аппаратов выдается разрешение на включение аппаратов в работу по об­дуву поверхностей нагрева. В случае задержки и пре­вышения установленной длительности движения включенного в работу аппарата (в прямом и обрат­ном направлениях движения) системой формируется аварийный сигнал для оператора и приостанавлива­ется работа других, выбранных системой для обдува

СОА котла. При этом система управления включе­нием СОА сохраняет в памяти выбранную последо­вательность процесса очистки. После устранения причин аварийного состояния процесс очистки по­верхностей нагрева будет продолжен по ранее вы­бранной программе или в соответствии с текущими изменениями состояния поверхностей нагрева котла будет выбран новый вариант обдува.

Мониторинг текущего состояния (заноса зо­лой ) поверхностей нагрева осуществляется с ис­пользование ряда критериев. При этом чувстви­тельность этих критериев к состоянию заноса по­верхности нагрева различная и зависит от динами­ки протекающих процессов тепло-, массообмена на данных поверхностях либо отдельных участках. Поэтому мониторинг состояния заноса зольными отложениями внешних поверхностей нагрева кот­ла лучше оценивать не по одному, а по несколь­ким критериям. К таким критериям оценки состо­яния заноса можно отнести:

• коэффициент теплопередачи поверхности теп­лообмена (участка поверхности);

• перепад разрежений на рассматриваемом уча­стке теплообмена (дымовые газы);

• разницу температур дымовых газов на выхо­де теплообменника или участка теплообмена (рас­четной для режима работы котла и текущей);

• длительность периода необдува данного уча­стка поверхности нагрева котла;

• динамику изменения паропроизводительнос-ти котла и др.

Формирование последовательности обдува по­верхностей нагрева осуществляется на основании значений критериев оценки заноса и целенаправ­ленного перемещения зольных отложений с дымо­выми газами к выходу из котла. Вариантов после­довательности обдува может быть несколько. Оп­ределяющими факторами выбора последовательно-

га обдува являются как текущие значения крите­риев чистоты поверхностей нагрева, распределение (объединение) аппаратов по группам, так и их по­ложение в газоходе котла.

Например, все аппараты котла могут быть объе­динены в следующие группы: пароперегреватель (ПП), фронт котельного пучка (ФрКП), тыл котельного пучка (ТКП), вторая (ВЭк 2) и первая (ВЭк 1) ступе­ни водяного экономайзера. Для данного примера объединения аппаратов по группам обдува могут быть выбраны следующие последовательности включения в работу групп СОА: «ПП» — «Пауза», «ФрКП» — «Пауза», «ТКП» — «Пауза», «ВЭк 2» — «Пауза», «ВЭк 1» — «Пауза», «ПП» + «ФрКП» + «ТКП» + - «ВЭк 2» + «ВЭк 1» — «Пауза» и другие возмож­ные варианты. Не исключен вариант и повторного обдува поверхностей нагрева котла с помощью груп­пы аппаратов (или отдельно выбранного аппарата).

Удаление конденсата из паропровода выполня­ется каждый раз перед включением СОА после па-

i в процессе их работы. Процесс удаления кон­денсата, образовавшегося в периоды пауз между лклами обдува, обязателен не только по причи­нам взрывобезопасности СРК, но и для улучшения ловий удаления зольных отложений с поверхно­стей нагрева котла.

Управление включением сажеобдувочных аппара­тов осуществляется следующим образом. Все поверх­ности нагрева котла, как указывалось выше, можно разделить на отдельные участки, а все СОА — на группы по принадлежности к каждому участку обду­ва поверхности нагрева. При этом последовательность работы СОА в группе может быть жестко фиксиро­вана, а можно вести управление каждым отдельным аппаратом как в отдельно сформированной группе СОА, так и вне ее. При этом управление включением в работу каждого СОА одновременно диагностирует­ся по времени работы. Система управления инфор-иирует оператора о выбранной последовательности обдува, о состоянии процесса обдува, а также о име­ющихся нарушениях в своей работе и может в лю­бой момент времени быть переведенной оператором в ручной режим включения СОА.

Система автоматизированного управления СРК выполняет и другие функции:

• информационные, с представлением текущих значений технологических параметров, их трендов, состояния оборудования котла;

• сервисные, позволяющие оператору получить справочную информацию об оборудовании котла, схе­мах потоков (мнемосхемы), регламенте технологиче­ского процесса, создавать рапорты, сводки и отчеты;

• обеспечения безопасной и эффективной рабо­ты котла с помощью системы автоматической сиг­нализации и защиты СРК при нарушениях техно­логического процесса.