Типовая схема автоматизации для процессов сушки
Типовое решение автоматизации для процесса сушки часть 1
Разработка схем автоматизации сушки
Типовое решение автоматизации (рис. 4.48).
Рис. 4.48. Типовая схема автоматизации процесса сушки:
1 - топка; 2 - смесительная камера; 3 - барабан; 4 - бункер; 5 - циклон; 6 - вентилятор; 7 - автоматический дозатор; 8 - электродвигатель барабана.
В качестве объекта управления при автоматизации процесса сушки возьмем барабанную прямоточную сушилку, в которой сушильным агентом служат дымовые газы, получаемые в топке. Показателем эффективности данного процесса является влажность wк материала, выходящего из сушилки, а целью управления - поддержание этого параметра на определенном значении.
Влажность сухого материала определяется, с одной стороны, количеством влага, поступающей с влажным материалом, а с другой - количеством влага, удаляемой из него в процессе сушки. Количество влаги, поступающей с влажным материалом, зависит от расхода этого материала и его влажности wп.
Расход материала определяется производительностью сушилки, которая, как правило, должна быть постоянной. Поэтому следует идти по пути стабилизации расхода влажного материала, что обеспечивает заданную производительность и устраняет возмущения по данному каналу. Для этой цели устанавливают автоматические дозаторы.
Влажность wн_зависит от технологического режима предыдущих процессов. С изменением этого параметра в объекте будут иметь место сильные возмущающие воздействия.
Количество влаги №, которое поглощается сушильным аген¬том, определяют по формуле
W = K F w
где К - коэффициент массопередачи (величина мало изменяющаяся); F - поверхность контакта сушильного агента и материала; w - средняя движущая сила процесса.
Поверхность F зависит от толщины слоя материала и его гранулометрического состава. Толщина слоя определяется наличием материала в барабане и при постоянных расходе материала и скорости вращения барабана (в практике для вращения используют асинхронные двигатели с постоянным числом оборотов рабочего вала) будет постоянна. Гранулометрический состав определяется ходом предыдущих технологиче¬ских процессов; с его изменением в объект вносятся возмущения.
Средняя движущая сила w определяется движущими силами в начале А1 и в конце А2 процесса (рис. 4.49). Положение точки А зависит от значений влажности материала и сушильного агента фн, которые определяются предшествующими процессами. Стабилизировать их 'сложно; по этим каналам будут поступать возмущения.
Положение точки Б определяется значениями влажности материала wк (wк задается, исходя из цели управления) и сушильного агента wк. Величина влажности wк зависит от расхода сушильного агента, проходящего через сушилку; чем он больше, тем меньше wк и тем левее располагается точка Б на линии влажности «к. С изменением расхода сушильного агента в объект могут вноситься действенные регулирующие воздействия.
Положение точек Г и Д определяется положением кривой равновесной влажности. Положение этой кривой зависит от температуры и разрежения в барабане сушилки. Разрежение легко стабилизируется путем изменения расхода сушильного агента, выводимого из сушилки. Температура же определяется всеми начальными параметрами, а также интенсивностью процесса испарения влаги из материала. Стабилизировать ее можно, в частности, путем изменения расхода или температуры сушильного агента. Необходимо отметить, что диапазон изменения последнего параметра существенно ограничен, что объясняется требованиями техники безопасности и возможностью разложения высушиваемого материала.
Таким образом, все параметры, влияющие на показатель эффективности, стабилизировать невозможно. В частности, возмущения будут возникать в результате изменения начальной влажности материала и сушильного агента сон и фн, гранулометрического состава материала и т. д.
В барабане может изменяться распределение материала, а также гидродинамические условия его обтекания сушильным агентом. В связи с этим в качестве основного регулируемого параметра целесообразно взять влажность «к (используются влагомеры кондуктометрические, оптические, радиационные, электротермические, комбинированные), а регулирующее воздействие осуществлять изменением расхода сушильного агента. Если сушильный агент готовится в топке, то регулирующий клапан устанавливают на линии топлива ('см. с. 1'59). Соответствие между расходами топлива и воздуха обеспечивается регулятором соотношения.
Температура сушильного агента на входе в барабан должна быть стабилизирована путем изменения расхода вторичного воздуха. Необходимо регулировать также расход влажного материала и разрежение в сушилке изменением расхода отобранного сушильного агента.
При управлении процессом сушки следует контролировать расход топлива, первичного и вторичного воздуха, влажного и сухого материала, температуру сушильного агента на входе в сушилку и на выходе из нее, температуру в сушилке, разрежение в смесительной камере.
При значительном отклонении показателя эффективности от заданного значения, опасном повышении температуры сушильного агента на входе в сушилку и остановке электродвигателя барабана должен быть подан сигнал обслуживающему персоналу. Кроме того, при остановке электродвигателя должна быть прекращена подача материала в сушилку.
Регулирование температуры сушильного агента в сушилке.
При отсутствии надежного прибора для непрерывного измерения влажности материала, а также при больших запаздываниях в сушилке в качестве основного регулируемого параметра следует брать температуру сушильного агента в барабане. Датчик регулятора температуры следует ставить на расстоянии длины сушилки от места ввода материала, где запаздывание мало и уже испарилась значительная часть влаги. В связи с тем что температура является распределенным параметром, правильнее было бы вести регулирование по средней температуре по длине сушилки. Однако осуществить многоточечное измерение температуры во вращающемся барабане сложно.
Более (перспективным является использование двухконтурных систем регулирования, где в качестве основного параметра взята температура сушильного агента на выходе из барабана (или влажность его), а в качестве вспомогательного - температура в середине сушилки. Можно построить двухконтурную систему также следующим образом: основной параметр - тем¬пература в середине сушилки, вспомогательный - параметр, характеризующий загрузку барабана, например расход влажного материала или ток электродвигателя привода барабана.
В качестве основной регулируемой величины может использоваться и температура материала на выходе из сушилки. Однако измерение этого параметра представляет значительные трудности ввиду неравномерности температурного поля в материале, налипания частиц на датчик и т. п.
Типовое решение автоматизации для процесса сушки часть 2
Разработка схем автоматизации барабанных сушилок 1000р
Регулирование противоточных барабанных сушилок (рис. 4.50).
Рис. 4.50. Схема регулирования противоточной барабанной cушилки:
1 - транспортер влажного материала; 2 - барабан-. 3 - воздухонагреватель.
В противоточных сушилках для предотвращения разложения материала под действием высоких температур в качестве основной регулируемой величины нужно использовать температуру материала на выходе «з сушилки и вносить регулирующие воздействия изменением расхода сушильного агента. Температура воздуха на входе в барабан регулируется изменением расхода теплоносителя, подаваемого в воздухоподогреватель, а влажность - изменением расхода рециркулирующего воздуха. Узлы регулирования расхода влажного материала и разрежения остаются такими же, как 'и в прямоточных сушилках.
Следует отметить, что изменение расхода сушильного агента в противоточной сушилке может быть осуществлено и в зависимости от влажности wк, а также от температуры в самом барабане.
Регулирование ленточных и конвейерных сушилок (рис. 4.51) подобно барабанным.
Стабилизации подлежат влажность сухого материала или конечная температура сушильного агента, температура сушильного агента на входе в сушилку, разрежение в сушилке.
Конструкции ленточных и конвейерных сушилок позволяют принимать и особые решения по их автоматизации. При использовании ленточного транспортера (конвейера) появляется возможность регулирования влажности wк изменением скорости транспортера. При наличии дополнительного подогревателя под транспортером расход теплоносителя в подогреватель стабилизируется, а при рецикле части сушильного агента ее расход изменяется в зависимости от влажности (на схеме этот узел не показан).
Рис. 4.51. Схема регулирования ленточной (конвейерной) сушилки:
1 - калорифер; 2 - сушилка; 3 - дополнительный подогреватель; 4 - вентилятор; 5 - питатель.
Регулирование струйных распылительных сушилок (рис. 4.52).
В сушилках этого типа осуществляется сушка суспензий различных неорганических соединений (предварительно нагретых в теплообменнике) за счет распыливания их сушильным агентом. В струйных (и других) распылительных сушилках, как правило, требуется получить продукт не только заданной влаж¬ности, но и постоянного гранулометрического состава.
Рис. 4.52. Схема регулирования струйной сушилки:
1 - топка; 2 -сушилка; 3 - теплообменник суспензии; 4 - сепаратор; 5 - размеры частиц.
Дисперсность распыла в струйных сушилках определяется в основном соотношением расходов сушильного агента и суспензии. Поэтому к уже известным решениями по автоматизации добавляется, в частности, узел регулирования размеров частиц изменением соотношения расхода суспензии и суммарного расхода воздуха, поступающего аз топку.
Если допустима стабилизация подачи суспензии, то в схему дополнительно вводится регулятор суспензии.
В настоящее время при автоматизации струйных сушилок в качестве основной регулируемой величины часто используют не влажность сок, а температуру или влажность отработанного сушильного агента. Регулирование этих параметров в струйных сушилках можно осуществлять и изменением расхода влажного материала, так как продолжительность переходного процесса при изменении расхода распыливаемой суспензии невелика (2- 3 мин).
Регулирование сушилок с механическими распылителями.
В таких сушилках суспензия распиливается за счет давления перед механическим распылителем (форсункой), которое и следует стабилизировать. Все остальные узлы регулирования такие же, как и у струйных сушилок.
В отдельных случаях идут по пути корректирования давления суспензии перед форсункой по основному показателю процесса. Такими показателями могут быть влажность высушенного продукта, его гранулометрический состав, температура отработанного сушильного агента. Выбор основного регулируемого параметра определяется целью управления и свойствами суспензии.
На рис. 4.53 показана одна из таких схем с использованием двухконтурной системы регулирования. Регулирующее воздействие осуществляется байпасированием части суспензии с выхода насоса суспензии на его вход. В приведенной конструкции сепарация высушенного продукта производится непосредственно в корпусе сушилки мешочными фильтрами. Для регенерации их предусмотрен встряхивающий механизм, который управляется командным устройством по жесткой временной программе.
Типовое решение автоматизации для процесса сушки часть 3
Разработка схем автоматизации дисковых распылителей
Регулирование сушилок с дисковыми распылителями.
В дисковых распылительных сушилках диспергирование суспензий производится с помощью вращающихся дисков. Число оборотов дисков существенно влияет на процесс сушки, поэтому данный параметр необходимо стабилизировать. В случае применения асинхронных двигателей эта задача решается выбором двигателя с соответствующим числом оборотов вала; в случае же применения турбопривода - использованием центробежного регулятора прямого действия, изменяющего подачу пара к нему.
Главный регулируемый параметр таких сушилок - температура отработанного сушильного агента. Регулирующее воздействие вносится изменением расхода суспензии, так как запаздывания по этому каналу незначительны. Так, влажность высушенного материала и температура отработанного сушильного агента при изменении расхода суспензии изменяются через 30 , а при изменении расхода и начальной температуры сушильного агента - через 130 с. Для ликвидации возмущений от изменения начальной температуры .и расхода сушильного агента эти параметры стабилизируют. Чувствительный элемент регулятора расхода устанавливают после пылеочистных устройств, так как сушильный агент в сушилках этого типа содержит большое количество твердой фазы.
Во всех схемах управления дисковыми сушилками необходимо контролировать число оборотов диска. Для этого можно применить устройства с постоянным магнитом, установленным на рабочем валу диска. Сигнал от такого устройства может быть использован для регулирования или блокировки, например для прекращения подачи суспензии при уменьшении числа оборотов ниже предельного.
Рис. 4.54. Схема регулирования процесса в сушилках с кипящим слоем:
1 - сушилка; 2 - кипящий слой; 3 - решетка; 4 - топка; 5 - промежуточный бункер; 6 - питатели; 7 - вариаторы; 8 - электродвигатели; 9 - циклон.
Регулирование сушилок кипящего слоя (КС).
При автоматизации сушки в 'Кипящем слое основным показателем процесса является температура в слое, и только в случае крупных установок, когда температура по высоте слоя меняется, лучше в качестве такого показателя брать температуру сушильного агента на выходе, которая соответствует средней температуре материала в слое. Регулирующие воздействия при стабилизации температур могут осуществляться изменением расхода влажного материала или сушильного агента, а также изменением температуры последнего. Более предпочтителен первый вариант (рис. 4.54), так как изменение параметров сушильного агента можно производить только в определенном, довольно узком диа¬пазоне (температуры - ввиду терморазложения материала, расхода - вследствие 'повышенного уноса частиц с сушильным агентом). Первый способ предполагает наличие между сушилкой и предыдущим технологическим процессом промежуточного бункера с определенным запасом материала. Для предотвращения сводообразования и зависания материала в бункере предусматривают автоматические устройства, которые осуществляют встряхивание через определенные промежутки времени.
Нормальная работа сушилок КС возможна только при определенной высоте кипящего слоя. С целью поддержания заданного значения этого параметра стабилизируется гидродинамическое сопротивление слоя, т. е. перепад давлений до и после решетки, воздействием на вариатор электродвигателя питателя сухого материала. Можно регулировать перепад давлений и изменением расхода сушильного агента, однако при этом температура в кипящем слое будет сильно колебаться.
Кроме этих регуляторов предусматриваются стандартные узлы регулирования разрежения, начальной температуры сушильного агента, его расхода, соотношения расходов топлива и первичного воздуха.
Регулирование вихревых и аэрофонтанных сушилок.
По гидродинамическим и тепловым режимам этот тип сушилок подобен сушилкам КС, поэтому регулирование их аналогично. Основными регуляторами, в частности, являются регулятор тем¬пературы фонтанирующего слоя и регулятор перепада давления.
Регулирование контактных (барабанных и вальцовых) сушилок.
Процесс сушки в аппаратах такого типа обусловлен температурой греющей поверхности, которую и используют в качестве основной регулируемой величины. Если невозможно из¬мерить влажность шк, то измеряют температуру вращающейся теплопередающей поверхности с помощью специальных контактных устройств.
Рис. 4,55. Блок-схема связанной системы регулирования вальцовой сушилки: 1 - барабан; 2 - лента сухого материала; И – измеритель влажности; ТГ - тахогенератор; РУ - регулирующее устройство.
Регулирующее воздействие в контактных сушилках может вноситься изменением расхода теплоносителя или исходного материала, а также изменением скорости вращения барабана. Более предпочтителен второй способ вследствие больших запаздываний при изменении расхода теплоносителя и ограниченного применения регулируемого привода барабана. Температуру теплоносителя стабилизируют.
Иногда одноконтурное регулирование процесса контактной сушки только по температуре поверхности или по конечной влажности материала недостаточно. Тогда используется связанное регулирование.
На рис. 4.55 представлена структурная схема многоконтурной системы регулирования вальцовой сушилки, в которой управляющее воздействие - изменение скорости вращения барабана - формируется в зависимости от влажности материала, скорости вращения барабана V и их производных по времени.
Регулирование радиационных сушилок.
При регулировании процесса сушки в радиационных сушилках >в 'качестве основной регулируемой величины используется косвенный показатель: температура поверхности излучателя или же температура отработанного сушильного агента. На рис. 4.56 показан один из вариантов регулирования процесса. Кроме регулятора температуры излучателя в схеме предусмотрены регулятор соотношения расходов топлива и воздуха и регулятор влажности отработанного сушильного агента.
Радиационные сушилки работают при высоких температурах, что повышает требования к ним в отношении техники безопасности. Система автоматического управления этими сушилками должна обеспечивать автоматическое зажигание горелочных устройств топки, определенную последовательность пуска и остановки отдельных устройств установки и т. д.
Рис. 4.56. Схема регулирования радиационной сушилки:
1 - топка; 2 - излучатель; 3 - конвейер; 4 - корпус.
Регулирование сушилок при использовании токов высокой частоты.
При сушке токами высокой частоты в качестве регулируемой величины целесообразно брать температуру материала. Термоэлектрический термометр вводится внутрь материала. Для предохранения измерительного прибора от воздействия токов высокой частоты в соединительных проводах термочувствительного элемента устанавливают высокочастотные фильтры. Регулирующее воздействие вносится изменением напряжения на рабочем конденсаторе.
Регулирование сушилок периодического действия. Окончание процесса сушки можно легко определить по достижению равновесного значения влажности материала, что характеризуется равенством температур материала и сушильного агента. Для измерения этих температур устанавливают два термочувствительных элемента, включают их по дифференциальной схеме и при достижении разности между ними заданного значения осуществляют при помощи переключающего устройства смену операции сушки на операцию разгрузки.
В окрасочных цехах используются конвективные сущильные установки с газовым обогревом с выносной топкой и комбинированные - терморадиационно-конвективные.
По конструкции конвективные установки аналогичны ранее описанным установкам с электрическим и паровым обогревом.
Рециркуляционные вентиляторы сушильной установки производят освежение воздуха, насыщенного парами растворителей, за счет поступления газовоздушной смеси из топки и подсоса чистого воздуха из цеха через транспортные проемы камеры сушки. Загрязненная газовоздушная смесь выбрасывается в. атмосферу вентиляторами воздушных завес.
Для сжигания природного газа служат газовые топки, оборудованные инжекционными горелками среднего или низкого давления. Топка устанавливается в отдельном помещении за пределами окрасочного цеха.
Система подачи и сжигания газа в топке состоит из горелок, газопроводов с запорной арматурой, регулирующих дроссельных заслонок с электрическим исполнительным механизмом, продувочного газопровода и газопровода безопасности, ручного переносного запальника, комплекта приборов для контроля давления газа и воздуха, разрежения в топке и других приборов.
В топках с горелками низкого давления для подачи воздуха, необходимого для сжигания газа, служит центробежный вентилятор высокого давления, находящийся непосредственно у топки. Этим же вентилятором цеховой воздух подается в смесительную камеру топки.
На рис. 1 представлена схема автоматизации сушильной установки с одногорелочной газовой топкой низкого давления. На схеме не показаны устройства автоматики сушильной камеры, они аналогичны установке с электрообогревом.
Рисунок 1 - Схема автоматизации сушильной установки с одногорелочной газовой топкой низкого давления: I - свеча продувки; II - свеча беаопасности; III - вентилятор; IV - сушильная установка; V - запальник; VI - топка; VII - горелка; VIII - дроссель-клапан линии продувки топки; IX - дроссель-клапан линии теплоносителя; Х - огнепреградитель; XI - заслонка ЗМС; ХII - заслонка ПРЗ; XIII - приборы местные; XIV - щит силовой; XV - щит управления и контроля.
Перед розжигом топки производится продувка газопровода (закрывается кран на свече безопасности К4 и открывается кран К1) окончание продувки определяется проверкой пробы газа, отбираемой через кран К2. Далее кнопками S1, S2, S3 включаются дутьевой вентилятор топки и вентиляторы сушильной установки. По окончании проветривания топки и сушильной установки открываются краны КЗ и К5, поджигается газ на ручном запальнике и кнопкой S5 открывается клапан с электромагнитным приводом 8а. Открытие клапана возможно только при соблюдении следующих условий:
- номинальное давление газа в магистрали (датчик напора 1б);
- номинальный напор дутьевого вентилятора (датчик напора 2а); номинальное разрежение в топке (датчик тяги 5а) ;
- концентрация паров растворителя в сушильной установке ниже 50% НПВ.
После поджига основной горелки в цепь питания электромагнитного клапана подключается также контакт прибораконтроля пламени 76, который в случае исчезновения пламени размыкает цепь электропитания катушки электромагнитного клапана 8а. После розжига основной горелки дроссель-клапан VIII закрывается, дроссель-клапан IX открывается, начинается разогрев сушильной установки.
Температура в сушильной установке регулируется с помощью многоточечного автоматического потенциометра 6в, на вход которого подключаются термоэлектрические преобразователи 66, установленные в рециркуляционных центрах сушильной установки; при этом один из них является регулирующим, а остальные — контролирующими. При отклонении температуры от нормы дается сигнал, который через импульсный прерыватель 6г СИП-01 поступает на электрический исполнительный механизм 6д, сочлененный с заслонками, установленными на линиях подачи газа и воздуха' к горелке; в нужную сторону изменяется их расход. Назначение термоэлектрического преобразователя 5а — контроль температуры теплоносителя на выходе из топки. При подъеме этой температуры выше 350—400 °С подача газа принудительно снижается до минимума и включается аварийный сигнал.
На щите управления расположены дистанционный указатель положения заслонок 6е и кнопка S4 для опробования исполнительного механизма.
Терморадиационные сушильные установки с газовым обогревом состоят из туннеля, включающего излучающие и промежуточные секции, входного и выходного тамбуров; системы конвективного теплообмена.
Панель инфракрасного излучения представляет собой пустотелую коробку, в нижней части которой расположена горелочная камера. Горелочная камера оборудована инжекционной горелкой для сжигания природного газа, устройствами для автоматического зажигания газа и контроля наличия пламени.
Продукты сгорания газа, протягиваясь рециркуляционными вентиляторами между стенками панели инфракрасного излучення, отдают часть теплоты внутренним излучающим поверхностям и поступают во внутренний объем туннеля на конвекцию.
Существуют конструкции, в которых панельные горелки заменены одной встроенной газовой топкой. Устройства автоматики безопасности, управления и регулирования аналогичны описанным выше для топки.
В отличие от конвективных в терморадиационных сушильных установках предусматривается регулирование температуры поверхности панели инфракрасного излучения. Термоэлектрические преобразователи, работающие с многоточечным автоматическим потенциометром, крепятся на поверхности панели, в остальном система регулирования аналогична описанной выше для конвективных установок.
Терморадиационные сушильные установки с газовым обогревом нашли ограниченное применение в окрасочных цехах, так как их можно устанавливать только вне взрывоопасных зон из-за наличия открытого пламени (горелочные и запальниковые устройства).
