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

забивает приемные отверстия импульсных трубок тягомеров и поверхности фильтров газоанализаторов. Очевидно, необходимо предусматривать обдувку защитных трубок и приемных отверстий сжатым воздухом, а также систематически вручную очищать от золы эти устройства.

Потребление пара на производственные нужды крайне неустой­ чиво, так как полное или частичное изменение расхода пара круп­ ных потребителей (например, прекращение расходования пара на сушку при обрыве бумажного полотна) приводит к его резкому увеличению или уменьшению. Нестандартность топлива, в том числе черного щелока, часто вызывает изменение тепловой на­ грузки топки, а отсюда паропроизводительности котла.

Изменения расхода пара из котла, тепловой нагрузки топки, давления пара в барабане и подачи питательной воды не только вызывают нарушения технологических процессов при выработке бумаги, целлюлозы и картона, но и могут привести к тяжелым ава­ риям котельных агрегатов— перепитке котла или упуску уровня воды в барабане.

Задачей автоматического регулирования процессов выработки пара в паровых котлах является поддержание такого соотношения между количествами топлива, воздуха и воды, подаваемых в ко­ тел, при котором в любой момент времени паропроизводительность агрегата соответствовала бы нагрузке, т. е. количеству пара, отби­ раемому потребителями. При этом необходимо поддерживать дав­ ление и температуру пара на оптимальных значениях, что важно как с экономической, так и с технологической точек зрения.

Для решения этой задачи паровые котлы оснащаются автома­ тическими регуляторами процесса горения в топках, которые управ­ ляют подачей топлива, воздуха и тягой, и автоматическими регу­ ляторами питания, которые управляют подачей питательной воды в котел с целью поддержания постоянного по высоте уровня в ба­ рабане.

Автоматизация процессов горения и питания приводит к повы­ шению коэффициента полезного действия теплоэнергетической ус­ тановки, созданию безаварийных условий работы и облегчению труда обслуживающего персонала при некотором численном его сокращении.

В общем случае в паровых котлах автоматическое регулирова­ ние процесса горения осуществляется тремя контурами регулиро­ вания: контуром регулирования давления пара и нагрузки котель­ ного агрегата, контуром регулирования экономичности сжигания топлива и контуром регулирования разрежения в топочной камере.

Каскадное регулирование давления пара в общей паровой ма­ гистрали группы паровых котлов осуществляется электронным главным корректирующим ПИ-регулятором. На каждом из паро­ вых котлов устанавливаются подчиненные главному электронные ПИД-регуляторы тепловой нагрузки. Регуляторы нагрузки изме­ няют подачу топлива на сжигание в соответствии с изменением, вопервых, расхода пара из данного котла, и, во-вторых, скорости из-

268

мененпя давления пара в барабане. Главный регулятор корректи­ рует задание регуляторам тепловой нагрузки всех котлов, которые соответственно управляют подачей топлива. Желаемое распределе­ ние нагрузок между котлами устанавливается задатчиками регу­ ляторов нагрузок.

В целях упрощения системы автоматизации парового котла со­ дорегенерационного агрегата регулирование расхода сжигаемого черного щелока осуществляется электронным ПИ-регулятором (поз. 7), который стабилизирует давление в трубопроводе перед форсунками. Такое регулирование основано на предположении, что при определенном давлении через калиброванные отверстия форсу­ нок будет проходить определенное количество щелока. Отсутствие регулирования давления пара является недостатком этой системы и приводит как к ухудшению показателей технологических устано­ вок производственных цехов, так и к ухудшению условий работы регулятора питания парового котла.

Регулирование экономичности процесса горения должно обес­ печить поддержание заданного оптимального избытка воздуха. Из­ быток воздуха может быть определен по данным газового ана­ лиза. Часто избыток воздуха подсчитывают по содержанию С 02т что без дополнительного определения содержания СО в топочных газах не может считаться удовлетворительным. Дело в том, что при уменьшении избытка воздуха содержание С 02 растет лишь до определенного предела, после чего начинает уменьшаться за счет появления в дымовых газах СО. Кроме того, при изменении со­ става топлива одному и тому же избытку воздуха соответствует значительно отличающиеся между собой содержания С 02 в газах. Поэтому принято регулировать экономичность процесса горения не по размеру С 02, а по содержанию свободного кислорода в дымо­ вых газах, которое однозначно характеризует избыток воздуха и лишь незначительно зависит от состава топлива.

Известны системы регулирования экономичности по различным соотношениям топливо — воздух, тепло — воздух, пар — воздух или по содержанию 0 2 в дымовых газах. В данном случае рассматри­ вается система топливо — воздух с коррекцией по содержанию сво­ бодного кислорода (поз. 10).

В системе регулирования используется электронный ПИ-регуля- тор, исполнительный механизм которого воздействует на на­ правляющие аппараты вентилятора первичного воздуха. Расход фактически сжигаемого черного щелока определяется по разности расходов подаваемого на сжигание и рециркулирующего щелока. Расходы щелока измеряются электромагнитными расходомерами. Расход первичного воздуха определяется расходомером перемен­ ного перепада. Содержание 0 2 измеряется магнитным кислородоМеРом, работающим в комплекте с электронным корректирующим ПИ-регулятором.

С выхода регулятора через упреждающую динамическую связь

269

воздействует на направляющие аппараты дымососа. Назначение упреждающей связи состоит в том, чтобы обеспечить изменение ре­ жима работы дымососа одновременно с изменением режима работы вентилятора, не ожидая отклонения разрежения. Она выполнена динамической, т. е. снимающейся во времени, чтобы не оказывать остаточного воздействия на измерительную систему регулятора. В противном случае разрежение в топочной камере поддержива­ лось бы с остаточным отклонением в зависимости от воздушного режима котлоагрегата.

В случае, если корректирующий регулятор выключен, первый регулятор поддерживает заданный задатчиком избыток воздуха, т. е. увеличивает или уменьшает подачу первичного воздуха в топку

взависимости от изменения количества сжигаемого черного ще­ лока. Одновременно вторым регулятором изменяется количество отсасываемых дымососом дымовых газов с тем, чтобы разрежение

втопке оставалось постоянным.

При режиме работы с корректирующим воздействием по содер­ жанию О2 в дымовых газах регулятор, получая управляющий сиг­ нал от магнитного кислородомера, воздействует на первый регуля­ тор, а через него на второй, автоматически корректируя заданное соотношение топливо—-воздух и тем самым обеспечивая наи­ более экономичный режим сжигания черного щелока.

Для улучшения сжигания топлива предусматривается автома­ тическое регулирование расхода вторичного воздуха, для чего устанавливается электронный ПИ-регулятор соотношения расхо­ дов первичного и вторичного воздуха (поз. 8), исполнительный ме­ ханизм которого управляет направляющими аппаратами вентиля­ тора вторичного воздуха, а первичными измерительными преобра­ зователями являются расходомерные диафрагмы.

Для более точного суждения о правильности соотношения пер­ вичного и вторичного воздуха, обеспечивающего максимальное вос­ становление плава в содорегенерационных агрегатах, в дымовых газах после водяного экономайзера измеряется содержание серусодержащих компонентов. Размер концентрации сероводорода и других восстановленных соединений в дымовых газах характери­ зует степень восстановления сульфата, высоту подушки, конвек­ цию газов в топочном пространстве, работу форсунок черного ще­ лока, удельную паропроизводительность и т. п. Для измерения концентрации серусодержащих компонентов (для чего достаточно измерять содержание сероводорода в топочных газах) могут приме­ няться электрохимические, фотоколориметрические или иные высо­ кочувствительные газоанализаторы (на схеме не показаны). В оте­ чественной практике такие измерения пока не производились.

Положение уровня в барабане котла зависит от совместного влияния, с одной стороны, небаланса между притоком воды и рас­ ходом пара и, с другой стороны, от изменения паросодержания па­ роводяной смеси циркуляционного контура. Кроме того, при нали­ чии кипящего экономайзера на уровень в барабане оказывает влияние изменение парообразования в экономайзере. Паросодер­

270

жание пароводяной смеси меняется с изменением интенсивности па­ рообразования, т. е. при изменениях нагрузки или давления. С рос­ том нагрузки котла объем паров пароводяной смеси возрастает, а с ростом давления уменьшается. Изменение объема пара в па­ роводяной смеси приводит к смещению уровня в ту или другую сторону. Уровень воды в барабане при этом перемещается с боль­ шой скоростью, и уменьшить отклонения уровня даже при наличии регулятора питания можно лишь ограничивая режим изменения нагрузок.

Для улучшения качества регулирования уровня используется электронный трехимпульдный ПИ-регулятор (поз. 9), перемещение регулирующего органа которого, установленного на питательной

в котел. С повышением расхода пара импульс по расходу приводит к открытию регулирующего клапана, а повышение уровня вызы­ вает закрытие клапана. Импульс по расходу воды является упреж­ дающим, улучшает динамику переходного процесса и приводит к перестановке регулирующего клапана в сторону поддержания ба­ ланса между притоком воды и расходом пара. Измерение расходов пара (поз. 1) и воды осуществляется расходомерами перменного перепада.

На котле устанавливаются два регулятора уровня, по одному

В главной паровой магистрали расходомером переменного пе­ репада измеряется и учитывается расход пара (поз. /), измеряется и записывается давление (поз. 2), измеряется и записывается солесодержание (поз. 3) и записывается и сигнализируется темпера­

тура (поз. 4).

В барабане парового котла измеряется давление и осуществ­ ляется сигнализация о превышении его нормального значения

(поз. 11).

В пароперегревателе электронным ПИ-регулятором регули­ руется температура перегрева пара (поз. 12). В подогревателях черного щелока П-регулятором прямого действия (поз. 14) и элект­ ронным ПИ-регулятором (поз. 13) стабилизируется температура подогреваемого щелока.

Кроме того, устанавливается еще целый ряд приборов для из­ мерения давления и других параметров (на рис. 99 не показаны).

Автоматизация производства полуцеллюлозы

Автоматизация процесса непрерывной варки в шнековых мно­ готрубных установках. Преимуществом непрерывной варки суль­ фатной и нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы из древесины,

271

тростника и однолетних растений в горизонтальных шнековых мно­ готрубных варочных аппаратах по сравнению с обычной периодиче­ ской варкой или непрерывной варкой в вертикальных аппаратах является небольшая продолжительность варки, составляющая от 10 до 30 мин. Недостатками этого способа являются: повышенная до 180—190° С температура варки, что приводит к небольшому ухудшению качества целлюлозы и возрастанию непровара; сниже­ ние разрывной длины и сопротивления продавливанию целлюлозы и др. Полученная полуцеллюлоза в основном в небеленом виде идет на производство картона.

К входным и выходным переменным величинам процесса варки в этих установках относятся те же величины, что и при варке в вертикальных аппаратах.

На рис. 100 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации процесса непрерывной варки полуцеллюлозы.

Качество и количество сваренной полуцеллюлозы зависят в ос­ новном от расхода щепы и реагентов на варку, продолжительности варки и давления в варочном аппарате, или, иными словами, от температуры варки. Расход щепы или сечки учитывается транспорт­ ными весами или ротационным дозатором. Уровень щепы или сечки в бункере питателя измеряется массомерным способом.

Посредством поплавковых уровнемеров с пневматической ди­ станционной передачей показаний контролируются уровни в баках для черного 1 щелока (поз. 1) и для белого 2 щелока (поз. 3).

Постоянство подачи варочного раствора из бака в варочный ап­ парат поддерживается тремя ПИ-регуляторами: один из них ста­ билизирует расход белого щелока (поз. 4), второй по положению уровня в баке 3 для варочного раствора — подачу черного щелока

дувной резервуар 4. Температура варки в варочном аппарате ста­ билизируется ПИ-регулятором (поз. 7), воздействующим на подачу греющего свежего пара в аппарат.

Давление в трубах варочного аппарата и на выходе из него контролируется манометрами (поз. 8, 9, 10, 11, 12 и 13). Кроме того, в трубах аппарата ртутными стеклянными термометрами из­ меряется температура варочного процесса.

Расходомером переменного перепада с камерной диафрагмой контролируется расход пара на варку (поз. 14). Манометрами из­ меряется давление пара перед расходомерной диафрагмой с пере­ дачей показаний на щит (поз. 15) и с установкой по месту измере­ ния (поз. 16), а также давление в верхней части выдувного резер­

272

оо

Рис. 100. Упрощенная функциональная технологическая схема автоматизации процесса непрерывной вар­ ки полуцеллюлозы

По значению мощности электропривода мешалки ПИ-регулятор (поз. 18), воздействующий на подачу разбавляющего щелока, ре­ гулирует концентрацию массы в выдувном резервуаре. Там же из­ меряется уровень массы (поз. 17).

ГЛАВА 13. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА

Автоматизация процессов производства древесной массы. Дре­ весная масса в количестве от 10 до 90% входит в состав бумаги или картона. Производство древесной массы осуществляется на древесномассных заводах, основными агрегатами которых являются дефибреры — машины с вращающимся камнем, к которому меха­ низмы различных типов прижимают древесину. Дефибреры выра­ батывают три вида древесной массы: белую, бурую и химическую; первые два вида ■— в основном из древесины хвойных пород путем истирания на камне. Химическую древесную массу получают в ос­ новном из древесины лиственных пород путем тепловой и хими­ ческой обработки баланса в котлах с последующим истиранием на дефибрерных камнях.

Одним из наиболее важных параметров технологического про­ цесса производства белой древесной массы является температура дефибрирования, т. е. температура в зоне соприкосновения камня с истираемой поверхностью древесины. Она определяет качество получаемой древесной массы, а также влияет на производитель­ ность дефибрера и количество потребляемой им энергии.

вскипает, а лигнин межклеточного вещества размягчается и ста­ новится пластичным. Вследствие сильного парообразования внутри

влияние такого фактора, как колебание влажности балансовой’дре­ весины, которое при более низкой температуре, например 58—63° С, приводит к резкому изменению качества древесной массы, а зна­ чит, и к нарушению технологического режима. Для поддержания постоянства качества древесной массы при работе на предельных температурах особенно важно сохранить температуру дефибриро­ вания в крайне узких пределах, что невыполнимо при периодиче­ ских измерениях ее ртутным стеклянным термометром, установлен­ ным в ванне дефибрера.

Отсюда следует, что наблюдение за температурными условиями в зоне соприкосновения камня с истираемой древесиной и управ­ ление ими более эффективно, нежели контроль за температурой древесной массы в ванне. Однако первое не исключает второго.

Основное влияние на температуру дефибрирования оказывает неравномерная подача баланса, что приводит к изменению на­ грузки на дефибрерный камень и сказывается на температуре

2 7 4

массы. Для устранения этого недостатка на цепных дефибрерах используется автоматическая линия загрузки баланса в верхнюю часть шахты и автоматически регулируется удельное давление дре­ весины на камень, для чего применяются регуляторы мощности раз­ ных систем.

При работе дефибрера не наблюдается резких изменений тем­ пературы массы, так как дефибрер, масса, вал, камень, равномерно нагреваемые в течение длительного промежутка времени, обладают большой тепловой емкостью, большим коэффициентом емкости и значительным самовыравниванием. Это создает благоприятные ус­ ловия для регулирования температуры дефибрирования посредст­ вом изменения количества спрысковой оборотной воды, подаваемой на камень дефибрера.

На рис. 101 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатического контроля и регулирования процесса изготовления древесной массы.

Автоматическое регулирование температуры дефибрирования на каждом дефибрере 1 производится пневматическим ПИ-регулято- ром, измерительным устройством которого является манометриче­ ский термометр (поз. 1) или электронный автоматический самопи­ шущий уравновешенный мост с дисковой или ленточной диаграм­ мной бумагой. Термобаллон манометрического термометра или медный термометр сопротивления устанавливается на выходе дре­ весной массы с камня на гребенке дефибрера так, чтобы рабочий конец защитной арматуры термометра или термобаллона нахо­ дился на расстоянии 50—60 мм от камня. Точка установки термо­ метра или термобаллона выбирается в каждом отдельном случае в зависимости от типа дефибрера. При этом обеспечивается на­ дежная очистка защитной трубки термометра или термобаллона движущейся древесной массой. По мере износа камня гребенка опускается, поэтому термометр сопротивления или термобаллон на­ ходится постоянно на одном и том же расстоянии от выхода дре­ весной массы из зоны дефибрирования. Регулирующий клапан с пневматическим приводом устанавливается на линии спрысковой оборотной воды (с установкой байпаса для возможности ручного регулирования во время ремонта клапана).

ПИ-регулятором удается поддерживать температуру дефибри­ рования с отклонением не более чем на 2—3°С. При этом увели­ чивается производительность дефибрера, снижается расход элект­ роэнергии на тонну вырабатываемой древесной массы, а сама масса получается более однородной, длинноволокнистой, хорошо разработанной, с высокими показателями механической прочности, пригодной для выработки бумаги на быстроходных бумагодела­ тельных машинах. Кроме того, удлиняется срок службы абразива, так как исключается колебание температуры и связанное с ним растрескивание камней.

Для контроля за температурой древесной массы в ваннах де­ фибреров используется электронный уравновешенный многозаписный мост или логометр в комплекте с медными термометрами