Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

Р А З Д Е Л V

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ГЛАВА 12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Автоматизация сульфитцеллюлозного производства

Автоматизация процесса приготовления сульфитной сырой кис­ лоты. Автоматизация процесса приготовления сульфитной сырой кислоты, т. е. водного раствора сернистого ангидрида, содержа­ щего некоторое количество кислой сернистокислой соли кальция, натрия, аммония или магния, способствует повышению производи­ тельности оборудования, улучшению очистки и охлаждения печ­ ных газов, а также улучшению поглощения сернистого газа. Это достигается контролем за температурой сжигания серы или об­ жига колчедана или флотационного колчедана (в зависимости от принятой схемы получения газообразного S 02), автоматизацией процесса сжигания серы или обжига колчедана, анализом газа, контролем и регулированием работы очистных и поглотительных

устройств.

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 р о ц е с ­ са о б ж и г а мелкодробленого и флотационного колчедана в «кипящем» слое являются: размер и влажность отдельных ча­ стиц колчедана; содержание в колчедане серы, вредных примесей и пустой породы; толщина «кипящего» слоя обжигаемого колче­ дана; давление, расход и температура поступающего в печь воз­ духа; расход колчедана и воды, t

В ы 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 в этой печи являются: концентрация сернистого газа, его температура и расход; концентрация серного ангидрида в печных газах, содер­ жание серы в огарках, температура обжига.

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 р о ц е с с а с ж и г а н и я расплавленной газовой серы во вращающейся печи с камерой дополнительного сгорания являются: расход и темпе­ ратура расплавленной серы, поступающей в печь; содержание

231

Упрощенная функциональная схема автоматического контроля и регулирования процессов кислотного отдела с вращающейся сер­ ной печью приведена на рис. 90.

Рис. S0. Упрощенная функциональная схема автоматического контроля и регу­ лирования процесса приготовления сульфитной сырой кислоты:

кислоты

Получение постоянной и определенной концентрации S02 в печ­ ных газах может быть достигнуто регулированием расхода и тем­ пературы подаваемой расплавленной газовой серы при постоянном расходе и постоянной температуре воздуха, поступающего в печь, или регулированием расхода и температуры подаваемого воздуха при постоянном расходе и постоянной температуре поступающей серы. Последнее можно вести по температуре газовой смеси после

печи.

Автоматическое регулирование работы серной вращающейся печи в зависимости от температуры печных газов основано на том, что при сжигании серы с целью получения продуктов горения

232

с наибольшей концентрацией SO2 расход воздуха близок к теоретически необходимому и поэтому температура печных, газов является наивысшей. Следовательно, регулируемым параметром является не концентрация SO2 в печных газах, а температура горения.

Весьма важно, чтобы горение шло при температуре не ниже 900° С, так как при более низких температурах повышается коли­ чество образующегося S 03. Кроме, того, повышение температуры горения нежелательно с точки зрения сохранности обмуровки и стального каркаса печи.

Регулирование работы печи заключается в поддержании пра­ вильного соотношения между количествами поступающих в печь серы и воздуха при наименьшем избытке последнего. Получение концентрированного газа из печи возможно только при равномер­ ном и непрерывном питании печи серой и стабильном расходе воз­ духа. Для учета и регулирования расхода поступающей в печь расплавленной серы устанавливается металлический ротаметр с ПИ-регулятором, исполнительный механизм которого управляет регулирующим органом на потоке расплавленной серы.

Регулирование подачи расплавленной серы может осуществ­ ляться по уровню серы в печи 1. Для этой цели устанавливается ПИ-регулятор уровня (поз. 1), регулирующий орган которого воз­ действует на расход расплавленной серы. Пьезометрическая трубка регулятора погружается в расплавленную серу внутри печи. По мере повышения уровня жидкой серы сопротивление воздуху, непрерывно продуваемому по трубке, будет возрастать и регуля­ тор начнет уменьшать поступление серы в печь. Обычно таким регулятором удается поддерживать толщину слоя горячей серы около 300 мм в нижней части печи. В процессе горения участвует также сера, прилипающая тонким слоем к стенкам вращающейся печи. Толщина этого слоя зависит от скорости вращения печи, поэтому регулирование уровня дает лишь относительное представ­ ление о расходе сжигаемой серы.

Температура серы в плавильном баке регулируется позицион­ ным регулятором с воздействием на расход греющего пара.

Температура воздуха, подаваемого в печь, регулируется ПИ-ре­ гулятором, воздействующим на поворотную заслонку, перекрываю­ щую подачу печных газов в воздухоподогреватель. Расход подогре­ ваемого воздуха, поступающего в печь, регулируется ПИ-регуля­ тором по температуре печных газов в камере дополнительного сгорания 2 (поз. 2).

В результате регулирования температура в камере дополни­ тельного сгорания поддерживается примерно на уровне 1300— 1400° С, вследствие чего не происходит сублимации серы и не об­ разуется S 0 3.

Мембранными тягонапоромерами измеряется разрежение по газовому тракту от серной печи в точках перед холодильником 3 (поз. 3), после холодильника (поз. 4), после скруббера, после промывалки, после селеновой камеры 4 (поз. 5), после абсорбера 5

233

(поз. 6) и давление первичного воздуха после воздуходувки при подаче его в серную печь.

Давление газов в газопроводах после вентилятора перед

ных башен применяются низкопредельные газоанализаторы лю­ бого типа (поз. 10). Хорошая работа поглотительной установки характеризуется малой потерей S 0 2 (не более 0,05%) с отходя­ щими газами из башен слабой кислоты. Повышение содержания S02 в этих газах указывает на уменьшение слоя известкового камня и недостаточное поглощение S 02 водой.

Для контроля за содержанием всего S02 в укрепленной башен­ ной кислоте на выходе из абсорбера служат кондуктометрические измерители S 0 2, основанные на зависимости электропроводности электролита от его концентрации (поз. 11). Кислота к первичным измерительным преобразователям отбирается из напорных линий кислотных насосов, перекачивающих укрепленную кислоту в ре­ генерационный отдел. Такие же приборы используются для кон­ троля содержания S 02 в башенной кислоте после каждой кислот­ ной башни (поз. 12).

Расход свежей воды на холодильники и на орошение кислот­ ных поглотительных башен учитывается расходомером перемен­ ного перепада с камерной диафрагмой (поз. 13). Уровень в запас­ ном баке регулируется позиционным или пропорциональным регу­ лятором, воздействующим регулирующим клапаном на подачу воды из артезианского колодца.

Платиновыми термометрами сопротивления в комплекте с ло­ гометрами измеряют температуру газа перед селеновыми каме­ рами (поз. 15) и температуру свежей воды в запасном баке

(поз. 18).

Измерение расхода укрепленной кислоты в кислотопроводе после абсорбера ведется расходометром переменного перепада с дисковой диафрагмой и разделительным устройством. Превыше­ ние уровня в баке башенной кислоты сигнализируется при помощи сигнализатора уровня (поз. 16). На линии подачи свежей воды в отдел устанавливается технический трубчато-пружинный мано­ метр общего назначения (поз. 17).

Работа печи для сжигания флотационного колчедана контро­ лируется по температуре сернистого газа после печи и пылеотдели­ тельной камеры, а также по температуре воды, охлаждающей экран печи.

234

В газоходах после печи и пылеотделительной камеры этой печи устанавливаются хромель-алюмелевые термопары. На трубопро­ воде воды, охлаждающей экран печи, устанавливается медный термометр сопротивления, к которому подключается логометр. К этому же логометру через переключатель подключаются медные термометры сопротивления для измерения температуры в трубо­ проводах оборотной и нагретой воды после теплообменников в слу­ чае охлаждения газа в башнях.

Температуру газа после скруббера и промывной воды от скруб­ бера измеряют платиновыми термометрами сопротивления в комп­ лекте с логометром.

Для измерения разрежения по газовому тракту печи для сжи­ гания флотационного колчедана в точках после пылеотделительной камеры, до и после сухих электрофильтров, после промывной башни и за селеновыми камерами служат мембранные тягонапоромеры.

Для измерения давления горячей воды в трубопроводе перед скруббером устанавливается манометр с одновитковой трубчатой пружиной. На линии водопровода свежей воды для охлаждения экрана печи для сжигания флотационного колчедана устанавлива­ ется электроконтактный сигнализирующий трубчато-пружинный манометр и позиционный регулятор давления прямого действия с мембранно-рычажным приводом.

Измерение расходов первичного и вторичного воздуха на печь для сжигания флотационного колчедана производится расходоме­ рами переменного перепада с камерными диафрагмами.

Расход S02 в трубопроводе ретурного газа учитывается расхо­ домером переменного перепада с камерной диафрагмой.

В серной печи вбрызгивающего типа во избежание загустевания серы и ухудшения ее распыления (что ведет к появлению субли­ мированной серы) устанавливается ПИ-регулятор температуры расплавленной серы, термометр сопротивления которого измеряет температуру серы на выходе из плавильного бака, а регулирующий клапан воздействует на расход пара в змеевик плавильного бака. Кроме этого, регулируется уровень расплавленной серы в баке, давление сжатого воздуха, подаваемого для разбрызгивания серы, концентрация S 02 в газе путем воздействия на подачу вторичного воздуха в печь, давление пара в паровом котле-утилизаторе тепла газов, выходящих при 1200—1300° С из печи.

В случае, если поглощений S02 ведется аппаратным способом, дополнительно устанавливаются следующие регуляторы: регулятор соотношения расходов сернистого газа и разбавленного известко­ вого молока, регулятор соотношения расходов воды и известкового молока, регуляторы уровня в нижних отсеках поглотительных ба­ шен.

Автоматизация процесса варки. Автоматизация варочного про­ цесса приводит к повышению качества небеленой целлюлозы (стаби­ лизируется вязкость, содержание альфа-целлюлозы, реакционная способность, жесткость и т. д.), к увеличению производительности

235

за счет сокращения непровара, т. е. более рационального исполь­ зования древесины, к уменьшению расхода пара на варку, к умень­ шению сброса варочной жидкости в регенерацию вследствие устранения резких сдувок и т. д. Высокое качество варки цел­ люлозы в автоматизированных котлах достигается регулированием температуры и высоты уровня варочной жидкости по заданной кривой, а также регулированием давления в котле в процессе варки.

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 с у л ь ф и т ­ ной в а р к и являются: размер и влажность щепы; порода древе­ сины; количество щепы и степень ее уплотнения в котле при за­ грузке; состав, концентрация и количество варочной кислоты; на­ чальная температура кислоты и щепы; количество воздуха в насыпном объеме щепы; влажность и давление насыщенного гре­ ющего пара или температура и давление перегретого пара.

В ы 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 являются: физико-химические свойства и состав варочной жидкости в про­ цессе варки; температура и давление заварки и варки целлюлозы: физико-химические и механические свойства выработанной цел­ люлозы и ее выход.

Если в варочном котле для каждой варки будет обеспечено по­ стоянное количество щепы и варочной кислоты одного и того же качества, то задача автоматизации котла с прямым подогревом в первую очередь сводится к тому, чтобы подводить в котел посто­ янное на данном этапе количество греющего пара. При это-м пар должен иметь стабилизированные параметры — давление и темпе­ ратуру.

Введение греющего пара в котел приводит к изменению темпе­ ратуры содержимого котла. Температура является важнейшим по­ казателем варочного процесса. При повышении температуры уско­ ряется пропитка щепы и сульфирование лигнина. Однако быстрое поднятие температуры ограничивается необходимостью пропитки щепы при 105—110° С, а при чрезмерном повышении температуры уменьшается выход целлюлозы, возрастает расход серы и понижа­ ются імеханические свойства целлюлозы.

В варочном котле с прямым подогревом процесс варки можно регулировать по температуре варочной жидкости в некоторой точке котла или по расходу пара. Последний метод находит меньшее применение, так как температура в котле зависит не только от расхода пара, но и от его параметров, поэтому регулирование тем­ пературы по расходу пара может повести к отклонению действи­ тельной температуры в котле от заданной по графику. Более со­ вершенным является применение двухимпульсного регулятора — по расходу пара и температуре в котле или регулирование этих двух отдельных параметров. Практически регулирование темпера­ туры содержимого котла является нелегким делом. Даже при наи­ более благополучном протекании процесса варки разница в темпе­ ратуре щелока в различных участках по высоте и объему котла составляет 10—15° С и даже более. Выравнивание температуры

236