книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

в котле происходит медленно и неодинаково при различных варках и зависит в основном от степени неоднородности уплотнения щепы.

Часты случаи, когда при поступлении пара в котел температура щелока вблизи среднего штуцера остается неизменной и, наоборот, при прекращении подачи пара температура щелока в этом месте начинает расти за счет тепла щелока в другой части котла с более высокой температурой. Запаздывание изменения температуры в этой точке от изменения расхода греющего пара достигает не­ скольких десятков минут.

ПоЗА Поз2 ПОЗ.З ПозЛПоз.5ПозВ Поз.1 Поз.8 Поз.9 ПозАВПоз.11 ПозЛ-ЛозАЗЛозАЧ-

Рис. 91. Упрощенная функциональная схема автоматического кон­ троля и регулирования процесса варки сульфитной целлюлозы

Лучшие условия для регулирования температуры процесса соз­ даются при наличии принудительной циркуляции варочной жид­ кости.

На рис. 91 приведена упрощенная функциональная схема авто­ матического контроля и регулирования процесса периодической варки целлюлозы в варочном котле с непрямым подогревом и при­ нудительной циркуляцией варочной жидкости. В этом случае пер­ вичный преобразователь для измерения температуры варочного Щелока устанавливается на линии выхода подогретого щелока из теплообменника в варочный котел, а регулирующий клапан

237

программного ПИ-регулятора — на трубопроводе греющего пара (поз. 1).

Поддержание определенного давления в котле имеет большое значение для правильного протекания процесса. Резкие сдувки с большим снижением давления в котле приводят к неравномер­ ности провара целлюлозы вследствие различия температурных условий по объему котла.

Для предупреждения подгорания и побурения щепы, находя­

в котле.

При естественной циркуляции и прямом обогреве постоянство давления в котле улучшает циркуляцию варочной жидкости. Поэтому сдувка газовой фазы из котла должна производиться плавно, без скачков. При резком открывании сдувочного регулиру­ ющего клапана давление в котле резко понизится, усилятся выде­ ление газа из щелока и поступление пара, что приведет к возрас­ танию температуры в котле. Наоборот, при резком закрывании сдувочного регулирующего клапана поступление пара уменьшится. Поэтому регулирование давления сдувок для придания системе устойчивости должно осуществляться ПИ-регулятором (поз. 2). Автоматизация сдувок не только облегчает труд обслуживающего персонала, но и способствует более полному использованию тепла

ипродуктов сдувок в регенерационной цистерне, а также прекра­ щает подгар целлюлозы в котле. Самые ответственные операции варки — подъем давления в начале заварки и конечные сдувки — осуществляются при помощи дистанционного управления.

Непрерывный контроль электромагнитным расходомером за расходом щелока, отбираемого из варочных котлов на сульфитспиртовый или дрожжевой завод, позволяет повысить съем сахара

ивыход спирта или кормовых дрожжей на 1 т целлюлозы. При двухступенчатом отборе щелока расход слабого щелока, идущего на вытеснение крепкого, контролируется расходомером перемен­ ного перепада или электромагнитным расходомером.

Необходимо контролировать высоту уровня варочной жидкости

вкотле (поз. 3). Этот контроль с учетом показаний расходомеров позволяет судить о степени наполнения варочного котла кислотой после загрузки щепы и о количестве отбираемого щелока при пе­ репуске и конечном отборе из котла.

Контроль за варочным процессом осуществляется посредством автоматического определения pH щелока или же окислительно­ восстановительного потенциала (поз. 4). В процессе варки кон­ центрация водородных ионов в щелоке изменяется в широких пре­ делах, достигая своего максимума к моменту опоражнивания ва­ рочного котла. В первый период варки древесины при пропитке щепы и сульфировании лигнина pH щелока повышается, а во вто­ рой период, когда происходит гидролиз сульфированного лигнина

238

и лигносульфоновая кислота переходит в раствор, pH вследствие увеличения кислотности уменьшается, несмотря на содержание

вщелоке основания. Наиболее ответственным является второй пе­ риод варки, так как качество целлюлозы зависит от величины pH

вмомент прекращения варки: чем выше активная кислотность

варки, тем глубже деструкция целлюлозы.

Во время варки небольшое количество щелока непрерывно сливается из котла через пробный штуцер в проточный первичный измерительный преобразователь рН-метра.

Таким образом, определение концентрации водородных ионов в варочном щелоке производится непрерывно и в-любой момент позволяет судить об активной кислотности варочной жидкости. Однако pH-метры при измерении pH горячего щелока работают недостаточно надежно, а охлаждение щелока искажает результаты измерения. Кроме того, промышленные автоматические рН-метры недостаточно точны для целей контроля данного процесса. Лучшие результаты дает использование оксредметров (поз. 4). Контроль за ходом варки по окислительно-восстановительному потенциалу, по мнению некоторых специалистов, исключает одновременный контроль за pH щелока. При этом точность измерения оказывается достаточно высокой, повышается надежность средств контроля и упрощается конструкция первичного преобразователя.

Определяя значение окислительно-восстановительного потен­ циала варочного щелока в течение сульфитной варки, персонал варочного цеха освобождается от необходимости вести системати­ ческое титрование проб щелока, а суждение о ходе варочного про­ цесса по цвету щелока и в конце варки— по его запаху теряет значение. Возникает реальная возможность контролировать момент окончания варки по показаниям оксредметров.

Трубки подогревателя в процессе работы подвергаются непре­ рывному воздействию агрессивной варочной жидкости, с течением времени, разрушаются, и конденсат пара становится кислым. Для быстрого отключения поврежденного подогревателя с целью пре­ кращения попадания кислого конденсата в котельную кислотность конденсата контролируется pH-метром или кондуктометрическим измерителем (поз. 5).

При холодной регенерации температура сдувочных газов вли­ яет на крепость кислоты и сокращение потерь S 02. Чем ниже тем­ пература сдувок, тем лучше газ поглощается кислотой и тем меньше его потери в атмосферу. Контроль за температурой сдувоч­ ных газов и жидкости из варочных котлов осуществляется медным термометром сопротивления в комплекте с электронным уравнове­ шенным мостом (поз. 6).

Расход пара на варку измеряется расходомером переменного перепада (поз. 7) с камерной диафрагмой. Давление и темпера­ тура пара поддерживаются постоянными при помощи ПИ-регуля- торов (на рис. 91 не показаны, так как являются общими для всех варочных котлов цеха и устанавливаются на его главном паропро­ воде) .

239

Расход пара на подогрев варочной жидкости в подогревателе измеряется расходомером переменного перепада с камерной диа­ фрагмой (поз.5). Как этот, так и другие расходомеры должны быть показывающими, самопишущими и интегрирующими, т. е. должны иметь счетчик для учета расхода измеряемого вещества во вре­ мени. Расход варочной кислоты на варку из регенерационного от­ дела измеряется электромагнитным расходомером или расходо­ мером переменного перепада с соплом (поз. 9). Расход свежей воды измеряется расходомером переменного перепада с камерной диафрагмой.

высота уровня жидкости в баках башенной кислоты, в регене­ рационных цистернах и баках теплой воды измеряется с помощью погруженных в жидкость трубок, продуваемых воздухом, в комп­ лекте со специально отградуированными в единицах давления столба жидкости техническими низкопредельными трубчато-пру­ жинными манометрами илу дифманометрами с пневматической дистанционной передачей показаний на щитовые показывающие и

в паропроводах служат технические манометры. Кроме того, для измерения давления в средней части котла применяют манометр с пневматической дистанционной передачей на вторичный щитовой показывающий и записывающий прибор (поз. 13).

Измерение разрежения в трубопроводе газа от сцеж в акку­ мулятор и в трубопроводе выдувочного газа после абсорбера про­ изводится техническими вакуумметрами или автоматическими диф­ манометрами с дистанционной пневматической передачей показа­ ний. Применение жидкостных трубчатых вакуумметров с ртутным заполнением исключается вследствие токсичности ртутных паров.

Измерение температуры в каждой регенерационной цистерне, 'во всасывающей и нагнетательной линиях циркуляционного уст­ ройства, в баках башенной кислоты, регенерационных баках низ­ кого давления, в варочном котле, в аккумуляторе и цистерне со слабым раствором варочной кислоты производится логометрами в комплекте с медными или платиновыми термометрами сопротив­ ления (поз. 14). После регенерационных цистерн устанавливается мембранный регулятор давления прямого действия для автомати­ ческого перепуска избыточного непоглощенного газа в баки ба­ шенной кислоты.

Автоматизация процессов промывки и очистки сульфитной цел­ люлозы. Сваренную целлюлозу промывают сначала слабым ще­ локом, а потом водой, в результате чего из нее вымывается впи­ тавшийся при варке щелок. Затем производится очистка целлю­ лозы от сучков, непровара, коры, сора, песка и минеральных загрязнений в вибрационных сучколовителях, центробежных сор­ тировках и центриклинерах. После этого целлюлозная масса под­ вергается обезвоживанию на сгустителях и вакуум-фильтрах.

240

Наиболее важным параметром, подлежащим автоматическому регулированию в процессе очистки целлюлозы, является кон­ центрация целлюлозного волокна в жидком потоке целлюлозной массы. Лишь при наличии постоянной концентрации массы можно добиться оптимальных условий работы сортировок и вакуумфильтров.

Многоступенчатое регулирование концентрации целлюлозной массы обеспечивает требуемую стабильность концентрации. Однако это выполнимо лишь при незначительных погрешностях в работе регуляторов концентрации, чего можно добиться правильным вы­ бором регулятора и его настройкой в соответствии с динамикой процесса. На некоторых стадиях очистки необходимо автомати­ чески регулировать постоянство расхода целлюлозной массы. Для стабилизации процесса необходимо также автоматически регули­ ровать постоянство высот уровней целлюлозной массы в желобах и мешальных бассейнах, а также в ванне вакуум-фильтров.

Автоматизация процессов отбелки сульфитной целлюлозы. Отбелка целлюлозы необходима для придания ей белого цвета и

Чем больше число ступеней отбелки, тем легче сохранить меха­ нические свойства целлюлозы и получить высокую степень бе­ лизны.

Отбельный отдел оснащается разнообразными контрольно-из­ мерительными приборами и автоматическими регуляторами. Агрес­ сивность среды затрудняет эксплуатацию средств автоматизации.

Автоматическое регулирование температуры прежде всего пре­ дусматривается в испарителе хлора при помощи П-регулятора тем­ пературы прямого действия. Термобаллон регулятора монтируется в испарителе, а регулирующий клапан устанавливается на трубо­ проводе горячей воды. Для поддержания температуры горячей воды на заданном значении устанавливают у подогревателя воды пневматический ПИ-регулятор температуры, регулирующий мемб­ ранный клапан которого монтируют на трубопроводе подачи пара в подогреватель, а термобаллон — на трубопроводе горячей воды из подогревателя в бак. Для контроля температуры горячей воды при выходе ее из бака служит манометрический термометр.

Расход хлора перед башней хлорирования измеряется ротамет­ ром, который устанавливается на трубопроводе подачи хлора в башню. В целях обеспечения безопасности в этом же трубопро­ воде давление хлора измеряется электроконтактным манометром специального назначения с соответствующей сигнализацией пре­ дельного давления.

Регулирование высоты уровня небеленой целлюлозы в напор­ ном баке осуществляется ПИ-регулятором уровня, регулирующий клапан которого устанавливается на трубопроводе целлюлозы из очистного отдела. Высота уровня в бассейнах беленой целлюлозы, оборотной воды и в баке горячей воды контролируется показыва­ ющими уровнемерами с пьезометрическими трубками.

на отбелку (этот расход регулируется ПИ-регулятором уровня). Расход воды и пара на весь отдел измеряется показывающими, са­ мопишущими и интегрирующими расходомерами. Давление пара перед смесителем определяется техническим трубчато-пружинным манометром.

Регулирование концентрации массы лежит в основе автомати­ зации отбельного процесса и осуществляется ПИ-регуляторами концентрации, которые устанавливаются перед первой башней хло­ рирования, после сгустителей, перед вихревыми ловушками, после бассейна для беленой целлюлозы на ее выходе в сушильный отдел и в других местах.

Измерение концентрации водородных ионов в растворах от­ бельного отдела также имеет важное значение. В качестве при­ мера можно указать на измерение pH кислой целлюлозы, удаля­ емой из башен хлорирования. При установившемся нормальном режиме хлорирования значение pH кислой целлюлозы должно быть равно 2,1—2,3. В случае снижения кислотности, что будет харак­ теризоваться увеличением pH, количество хлора, поступающего в башню хлорирования, должно быть увеличено, а при увеличении кислотности хлорированной массы и снижении значения pH по сравнению с указанным поступление хлора следует уменьшить. Отсюда очевидна важность измерения pH целлюлозы в этой точке и необходимость автоматического регулирования pH целлюлозы после башен хлорирования.

Обязательным также является измерение и регулирование pH облагороженной массы, pH массы после башни промывки, pH бе­ леной массы и pH массы после кисловки. Во всех этих точках ис­ пользуются ПИ-регуляторы. Устанавливаются приборы для опре­ деления окислительного потенциала во время отбелки.

Процессы в башне облагораживания и в башнях гипохлоритной отбелки контролируются также по температуре в нижней и верхней частях башен. Для измерения температуры в башнях служат мед­ ные термометры сопротивления в комплекте с логометрами или электронными уравновешенными мостами.

Автоматизация процессов сушки целлюлозы. Сушка целлюлозы производится на пресспатах в сушильном отделе. Высота уровня массы в машинных бассейнах измеряется пьезометрическими уровнемерами.

Регулирование концентрации массы выполняется перед подачей массы на вихревые ловушки. При этом регулятор концентрации с плоским поплавком, с изогнутой трубкой или другого типа уста­ навливается непосредственно за смесительным насосом с тем, чтобы регулирующий клапан воздействовал на подачу регистровой воды в массу перед смесительным насосом.

Расход пара на каждый пресспат и общий расход свежей воды контролируются расходомерами переменного перепада с камер­

242

ными диафрагмами, а расход целлюлозной массы — электромаг­ нитными расходомерами.

Для обеспечения постоянного режима сушки целлюлозной папки устанавливаются ПИ-регуляторы давления и температуры пара в главном трубопроводе.

Поступление пара из паровой магистрали в отдельные группы сушильных цилиндров регулируется таким образом, чтобы подъем температуры целлюлозной папки производился медленно и плавно

лозной папки испаряется наибольшее количество воды. Наимень­ шее количество пара расходуется в последней группе цилиндров. Исходя из этого, автоматическое регулирование процесса сушки по влажности целлюлозной папки обычно ведется путем ПИ-регу- лирования подачи пара в последнюю группу сушильных цилин­ дров.

Разрежение в отсасывающих ящиках и отсасывающих гауч-ва- лах контролируется показывающими вакуумметрами с трубчатой пружиной.

Автоматизация сульфатцеллюлозного производства

Автоматизация процесса периодической варки. Преимущество сульфатного способа — возможность переработки любого вида растительного сырья и регенерация химикатов путем выпаривания и сжигания отработанного щелока; недостаток — выделение газов с неприятным запахом. Комплексная автоматизация процесса пе­ риодической сульфатной варки способствует разработке наиболее целесообразного для местных условий температурного графика варки, обеспечивающего производство максимального количества целлюлозы требуемого качества при наименьшей затрате химика­ тов, выдерживание равномерного потребления пара, уменьшение числа бракованных варок, снижение себестоимости выпускаемой целлюлозы.

В х о д н ы м и п е р е м е н н ы м и в е л и ч и н а м и п е р и о д и ­ ч е с к о й в а р к и являются: размер и влажность щепы; порода древесины; количество щепы и степень eg уплотнения в котле при загрузке; состав, концентрация и количество варочного щелока; начальная температура щелока и щепы; температура и давление

идавление заварки и варки; количество выработанной целлюлозы

исодержание в ней лигнина. Содержанием лигнина характеризуется степень провара или жесткость целлюлозы. Многочисленность входных и выходных величин усложняет построение статических характеристик варочного котла как объекта регулирования и за­ трудняет нахождение коэффициента усиления по контурам регули­ рования.

На рис. 92 приведена упрощенная функциональная схема авто­ матизации варочного цеха с периодической варкой целлюлозы сульфатным способом.

Влажность щепы, состав и концентрация щелока определяются лабораторными методами. Взвешивание щепы, загружаемой в ко­ тел, в простейшем случае осуществляется транспортными или ков­ шовыми весами, снабженными счетчиками. Более совершенными, но и более сложными являются дистанционные методы взвешива­ ния при помощи массомеров или тензометров (поз. 1). Примене­ ние манометрического массомера сопряжено с трудностями уста­ новки его под опору котла 1 и учетом влияния на результаты измерения трубных коммуникаций котла. Использование тензо­ метров, наклеиваемых на опору котла и воспринимающих ее статические деформации, более оправданно в смысле простоты установки первичного преобразователя. Однако сложность экс­ плуатации электронной измерительной части тензометрического массомера сводит к минимуму это преимущество.

Основными устройствами автоматического управления вароч­ ным процессом являются дозаторы белого (поз. 2) и черного (поз. 3) щелоков, программный регулятор температуры (поз. 4) и регулятор интенсивности терпентинных сдувок (поз. 5).

Дозирование щелоков в простейшем случае осуществляется посредством дистанционного управления регулирующими клапа­ нами. При этом первичные преобразователи уровнемеров устанав­ ливаются в мерниках щелока 7 и 8, а измерительные приборы, показывающие высоту уровней, монтируются на щите. По показа­ ниям этих приборов вначале заполняется щелоком соответствую­ щий мерник, а затем щелок сливается в варочный котел. Для уменьшения погрешности, вызываемой запаздыванием системы из­ мерения уровня и дистанционной передачи показаний, скорость опорожнения мерника посредством системы дистанционного управ­ ления снижается незадолго перед прекращением слива щелока.

Для автоматического дозирования в уровнемере должно иметься электроконтактное устройство, которое воздействует на ис­ полнительный механизм в тот момент, когда необходимо прекра­ тить подачу щелока в котел. Погрешность автоматической дози­ ровки за счет неточности установки задания электроконтактным устройством постоянства скорости заливаемого щелока и запазды­ вания в отсечке потока несколько выше по сравнению с дозиров­ кой посредством дистанционного управления. Однако автомати­ ческая дозировка является предпочтительной, так как облегчает работу обслуживающего персонала.

Для варочных котлов с непрямым обогревом существует опре­ деленное соотношение между температурой щелока по выходе его из подогревателя 2 и средней температурой содержимого котла при некотором разбросе температур по высоте котла. Вследствие достаточно большой скорости циркуляции щелока передаточное запаздывание системы невелико и поэтому регулирование темпера­ туры варки сводится к регулированию температуры подогреваемого

244

Рис. 92. Упрощенная функциональная схема автоматического контроля и регулирования процесса перио­ дической варки сульфатной целлюлозы

і

щелока. Объектом регулирования является подогреватель, в ко­ тором температура щелока поддерживается программным ПИрегулятором (поз. 4) путем воздействия на подачу греющего пара. Выбор режима работы программного регулятора усложняется не­ равномерностью потребления тепла котлом. Регулирование темпе­ ратуры щелока осложняется при колебаниях температуры и дав­ ления перегретого пара, т. е. его теплосодержания. Вместе с тем наличие значительного самовыравнивания объекта способствует процессу регулирования.

Во время заварки в котле щепа усиленно прогревается и про­ питывается, из ее пор выделяется воздух, а затем образуются летучие продукты — скипидар, метиловый спирт и др. При появ­ лении воздуха и газов их парциальные давления складываются с давлением водяного пара и температура и давление парогазовой смеси в верхней части котла перестают соответствовать кривой на­ сыщения пара. Для удаления воздуха и газов из котла, используя автоматический регулятор, производят так называемую скипидар­ ную, или терпентинную, сдувку (в емкости 3, 4, 5, 6), причем тем интенсивнее, чем больше газов и воздуха в котле. Наиболее ра­ ционально сдувку проводить по соотношению между температурой и давлением в верхней части котла. Регулирование сдувок затруд­ няется вследствие частого забивания волокном сетки верхнего конуса котла, и поэтому регулятор должен обеспечивать система­ тическую автоматическую продувку паром этой сетки. Кроме того, этот регулятор, помимо терпентинных сдувок, должен производить конечную сдувку.

Для уменьшения потерь пара со сдувками следят за тем, чтобы действительная температура поддерживалась ниже температуры насыщения. Задача регулирования интенсивности сдувок решается либо установкой программного ПИ-регулятора температуры (поз. 5), либо программного ПИ-регулятора давления. В первом случае в комплекте регулятора используется либо манометри­ ческий термометр, либо термометр сопротивления с электронным уравновешенным мостом с пневматическим выходом, а также про­ граммный задатчик, профиль кулачка которого выполнен в соот­ ветствии с графиком изменения температуры по кривой насыщения пара. Во втором случае термометр заменяется манометром, изме­ ряющим давление в нижней части котла, и регулятор действует в комплексе с программным регулятором температуры. Более ра­ циональным является первый способ, так как при реализации вто­ рого способа неизбежны трудности в синхронизации по времени задающих воздействий обоих программных регуляторов.

Для продувки паром сдувочной сетки устанавливается отдельный регулятор двухпозиционного действия (поз. 6), периодически за­ крывающий сдувочную линию и открывающий паровую линию для продувки решетки с целью достижения на ней заданного перепада давлений в результате освобождения ее отверстий от волокна.

При варочном цикле продолжительностью менее 4 ч часто вза­ мен программного регулятора температуры применяют ПИ-регуля­

246