Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

цесса. Правда, при этом расход охлаждающего агента больше, чем при дросселировании, когда он является переменной величиной. Частичное байпасирование потока уменьшает время запаздывания от момента изменения положения регулирующего клапана до со­ ответствующей ему ответной реакции регулируемой температуры продукта па выходе.

Кипящие жидкости и конденсирующиеся пары. Регулирование процесса теплообмена значительно упрощается, если хотя бы один

При этом температура испаряющейся или конденсирующейся среды в теплообменнике практически не меняется.

При использовании в качестве греющей среды водяного пара температуру технологического потока целесообразно регулировать изменением расхода греющего пара. Если при этом технологический поток поступает в теплообменник при температуре кипения, то расход греющего пара определяет скорость испарения продукта. Тогда давление греющего пара в теплообменнике, однозначно свя­ занное с его температурой, может быть использовано для оценки интенсивности процесса теплопередачи.

Теплообменники, где в качестве греющего агента используют водяной пар, обладают большим самовыравнпванпем. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара значительно выше, чем от потока газа или жидкости, поэтому скорость тепло­ передачи ограничена главным образом значением коэффициента теплоотдачи технологического потока. Так как при изменении ско­ рости жидкости этот коэффициент изменяется почти линейно, то скорость теплопередачи также будет меняться практически линейно, если температура греющего пара поддерживается постоянной. По­ следнее достигается простым регулированием давлепия греющего пара в теплообменнике. Таким образом, температура технологиче­ ского потока иа выходе из теплообменника будет хорошо поддержи­ ваться на заданном значении, дотя непосредственно она не регу­ лируется.

Расход греющего пара, подаваемого в подогреватель или кипя­ тильник технологического потока, может быть также изменен с по­ мощью клапана, установленного иа линии конденсата. При этом происходит частичное заполнение теплообменника конденсатом. Степень открытия этого клапана влияет на уровень конденсата в теплообменнике, отчего, в свою очередь, зависит скорость тепло­ передачи и, следовательно, расход греющего пара. Такая система

229

обычно реагирует более медленно, чем система, клапан которой установлен непосредственно иа линии подачи греющего пара. Однако преимуществом описанной системы является возможность исполь­ зования клапана значительно меньших размеров.

Количество тепла, выделяющееся прп полной конденсации паров технологического продукта, может быть определено по температуре конденсата этого продукта при постоянном давлении, а более точно — по давлению пара продукта в герметически закрытом сосуде. Темпе­ ратура конденсата или давление пара не могут регулироваться непосредственно, так как расход конденсирующегося пара является

то, что процесс теплопередачи от конденсирующегося пара к потоку охлаждающего агента идентичен процессу теплопередачи, пред­ ставленному на рис. I X - 3 для случая WH CH[UA — оо. Прп изме­ нении расхода охлаждающего агента рассматриваемая задача не­ линейна, как и в случае теплообмена между потоками веществ, сохраняющих свое агрегатное состояние.

Если конденсат заметно не переохлаждается и расход охлаж­ дающего агента поддерживается постоянным, то пропускание части пара технологического продукта по байпасу мимо конденсатора не будет влиять на скорость теплопередачи. Следовательно, при постоянстве температуры конденсата скорость теплопередачи пол­ ностью зависит от расхода охлаждающего агента. В этом случае конденсатор начинает работать подобно теплообменнику типа жид­ кость— жидкость, схема которого приведена на рис. I X - 6 .

Наиболее эффективно регулировать работу конденсатора можно изменением его теплообменной поверхности. Последнее осуще­ ствляется изменением расхода конденсата; благодаря частичному заполнению конденсатора жидкостью уменьшается поверхность теплообмена. По уровню же копденсата в конденсаторе можно судить о тепловой нагрузке процесса. Описанная система приведена па рис. I X - 7 .

230

Независимо от размера активпой поверхности конденсации, всегда наблюдается некоторое переохлаждение конденсата, зави­ сящее от расхода пара. Поэтому температуру конденсата для регу­ лирования, как правило, не применяют. В случае равенства коэф­ фициентов теплопередачи при конденсации пара и переохлаждении конденсата систему вообще нельзя было бы регулировать по давлению пара, так как скорость теплопередачи не зависела бы от уровня жидкости. Однако коэффициенты теплопередачи при конденсации паров обычно значительно выше, чем при охлаждении конденсата, особенно при малых скоростях охлаждепня, характерных для про­ мышленных копденсаторов.

Изменение уровня жидкости представляет собой инерционный процесс с отставанием по фазе на 90° между изменением положения регулирующего клапана и изменением поверхности теплообмена. Поэтому для регулирования следует использовать давление пара. Контур регулирования давления, как правило, слишком динамичен, исключая моменты, соответствующие крайним значениям нагрузки, при которых конденсатор либо целиком заполнен жидкостью, либо полностью опорожнен. Поэтому в рассматриваемом случае наиболее важными факторами, влияющими на качество регулирования, являются линейность процесса, а также величина амплитуды коле­ баний регулируемого параметра.

Процесс тореиия

При-горении топлива температура продуктов сгорания повы­ шается до температуры горения, определяемой потенциальной энергией топлива. Для вычисления температуры горения можно использовать энтальпию продуктов сгорания, а также топлива пли воздуха, поскольку тепловой баланс должен соблюдаться во всех случаях. Количество тепла, выделившегося при сгорании опре­ деленного количества топлива WF с теплотой сгорания Не, равно:

Это количество тепла должно быть равно количеству тепла, необходимому для повышения температуры потоков топлива и воз­

231

мышленные же топки и печп обычно работают с избытком воздуха. Очевидно, при избытке воздуха максимально возможная темпера­ тура горения не достигается. Как видно из уравнепия (IX,18), температура воздуха влияет на температуру горения. Находящийся в воздухе азот не принимает участия в процессе горения и действует как разбавитель, понижая температуру горения. При использовании кислорода вместо воздуха коэффициент КА может быть уменьшен примерно в пять раз при той же температуре горения.

Регулирование расхода топлива и воздуха. Температура горения падает как прп избытке, так и при недостатке воздуха, поэтому ее не следует использовать в качестве регулируемого параметра про­ цесса горенпя. На практике интенсивность процесса горения оцени­ вают по содержанию кислорода в продуктах сгорания. Избыток воздуха, необходимый для полного сгорания топлива, зависит от

(по сравнению с расчетным), т. е. от 1,6 до 2% избытка кислорода;

воздуха приводит к понижению температуры горения, уменьшая тем самым скорость теплопередачи. Количество тепла, передаваемое радиацией, пропорционально абсолютной температуре пламени в чет­ вертой степени, поэтому теплопередача наиболее эффективно прп максимальной температуре горенпя. Важным является также вопрос рассеивания тепла в окружающую среду.

При регулировании соотношения топливо — воздух необходимо предусмотреть меры предосторожности, определяемые правилами техники безопасности. При недостатке воздуха в топке или в печи может образоваться взрывоопасная смесь. Поэтому необходимо обеспечить такие условия процесса горенпя, при которых расход подаваемого топлива никогда не превышал бы максимально допу­ стимого для данных конкретных условий (соответственно расходу воздуха). Заданные значения расходов топлива и воздуха обычно устанавливаются вручную. Системой регулирования предусматри­ вается автоматическое изменение этих расходов с целью обеспечения подачи необходимого количества воздуха, т. е. обеспечения безо­ пасных условий протекания процесса. Схема регулирования рас­ ходов топлива и воздуха приведена на рис. I X - 8 .

Необходимое соотношение расходов топлива и воздуха уста­ навливается автоматически измеиением диапазона пропорциональ­ ности регулятора кислорода. При нормальной работе системы регу­ лирования заданные значения параметров, поступающие на регу­ ляторы расхода топлива и воздуха, должны быть одинаковы. При уменьшении расхода воздуха по сравнению с заданным его текущее

232