Способ и устройство для управления нагнетателем горячего воздуха в десорбционной колонне
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A HOT AIR BLOWER IN A DESORPTION COLUMN

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА
Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая №201911026229.1, поданной в Патентное ведомство Китая 25 октября 2019 г. под названием «Способ и устройство для управления нагнетателем горячего воздуха в десорбционной колонне», полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области очистки топочных газов, образующихся в процессе спекания, в частности к способу управления нагнетателем горячего воздуха в десорбционной колонне. Кроме того, настоящая заявка также относится к устройству для управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Количество топочных газов, образующихся в процессе спекания, составляет около 70% от всего количества топочных газов, отходящих в процессе производства стали. Основными загрязнителями, содержащимися в отходящих топочных газах, являются пыль, SO2 и NOX; кроме того, в отходящих топочных газах также содержится небольшое количество летучих органических соединений, диоксинов, тяжелых металлов и подобных веществ, которые могут быть сброшены только после окончания очистки. В настоящее время отработана технология обработки отработавших топочных газов с помощью устройства десульфуризации и денитрификации активированным углем, которое применяется в Китае и демонстрирует хорошие результаты. Ссылаясь на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, Фиг. 1 представляет собой структурную схему известного из уровня техники устройства очистки отходящих топочных газов; фиг. 2 - структурная схема десорбционной колонны устройства очистки отходящих топочных газов, показанного на фиг. 1; фиг. 3 - структурная схема секции нагрева десорбционной колонны, показанной на фиг. 2; фиг. 2 и фиг. 4 -структурные схемы поперечного сечения секции нагрева, показанной на фиг. 3. Как показано на фиг. 1, устройство очистки отходящих топочных газов в предшествующем уровне техники содержит такие компоненты, как адсорбционная колонна 2, первый конвейер S1 для подачи активированного угля, емкость 3 для хранения активированного угля, ленточный весовой дозатор С1, десорбционную колонну 1, вибрационное сито 4 и второй конвейер S2 для подачи активированного угля. Десорбционная колонна 1 содержит такие компоненты, как промежуточный бункер 106, впускной клапан 107 десорбционной колонны и устройство G1 выгрузки десорбционной колонны. Адсорбционная колонна 2 содержит такие компоненты, как впускной клапан 201 адсорбционной колонны и устройство G2 выгрузки адсорбционной колонны.
Как показано на фиг. 1, во время работы исходный топочный газ (основным загрязнителем является SO2), образующийся в процессе спекания, проходит через слой активированного угля в корпусе адсорбционной колонны 2 и становится очищенным топочным газом, который необходимо выгрузить из устройства. Активированный уголь, который адсорбирует загрязняющие вещества, содержащиеся в топочных газах (основным загрязнителем является SO2), направляется в десорбционную колонну 1 через первый конвейер S1 для подачи активированного угля. Активированный уголь, адсорбировавший загрязняющие вещества, нагревается до 400-430°С в десорбционной колонне 1 для десорбции и активации. Газ, обогащенный серой, выделяющийся после десорбции и активации, поступает на технологическую линию производства кислоты. Активированный уголь после десорбции и активации охлаждается до 110-130°С, а затем выгружается из десорбционной колонны 1. Вибрационное сито 4 отсеивает пыль от активированного угля, и частицы активированного угля проходя через сито снова попадают в адсорбционную колонну 2 через второй конвейер S2 для подачи активированного угля, тем самым реализуя циркулирующий поток активированного угля. Часть активированного угля теряется в циркулирующем потоке, так что масса активированного угля, выгружаемого из емкости 3 для хранения активированного угля, измеряется ленточными весами С1, и, таким образом, активированный уголь пополняется.
Как показано на фиг. 2, десорбционная колонна 1 содержит такие компоненты, как промежуточный бункер 106, впускной клапан десорбционной колонны 107, секцию 101 подачи, секцию 102 нагрева, секцию 103 сохранения тепла, секцию 108 удержания, секцию 104 охлаждения, секцию 105 выгрузки, устройство G1 выгрузки десорбционной колонны, систему подачи горячего воздуха, систему подачи охлаждающего воздуха, систему подачи азота и систему подачи газа, обогащенного серой.
Как показано на фиг. 3, внутри секции 102 нагрева расположен дефлектор 1021 горячего воздуха. Система подачи горячего воздуха содержит воздухонагревательную печь L1 и нагнетатель F1 горячего воздуха. Воздухонагревательная печь L1 используется для нагрева воздуха, а нагнетатель F1 горячего воздуха используется для обеспечения быстрой циркуляции нагретого воздуха, так что нагретый воздух поступает через впускное отверстие для горячего воздуха и выходит через выпускное отверстие для горячего воздуха. Как показано на фиг. 4, активированный уголь проходит вниз по стальной трубе секции 102 нагрева. Горячий воздух проходит через секцию 102 нагрева, а активированный уголь, протекающий по стальной трубе, нагревается за счет нагрева стальной трубы. Активированный уголь и горячий воздух герметично изолированы. Температура активированного угля на входе секции 102 нагрева находится в диапазоне от 80 до 150°С, обычно около 100°С. Когда температура активированного угля на выходе секции 102 нагрева достигает более 400°С, требование по десорбции активированного угля удовлетворяется. Однако в существующем уровне техники невозможно контролировать частоту вращения нагнетателя F1 горячего воздуха. В процессе работы частота вращения нагнетателя F1 горячего воздуха обычно повышается до максимальной, так что температура на выходе секции 102 нагрева находится в диапазоне от 400 до 440°С. Следовательно, нагнетатель F1 горячего воздуха вращается слишком быстро, частота вращения слишком высока, а воздухонагревательная печь L1 потребляет слишком много тепла, что приводит к потере электроэнергии и топлива.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы разработать способ управления нагнетателем горячего воздуха в десорбционной колонне, который позволит точно контролировать частоту вращения нагнетателя горячего воздуха в соответствии с целевой контрольной температурой на выходе секции нагрева, тем самым устраняя потери электрической энергии и топлива из-за чрезмерного подвода тепла от воздухонагревательной печи.
Для решения вышеуказанной технической задачи, первый аспект настоящей заявки предоставляет способ управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны, который позволяет управлять частотой вращения нагнетателя горячего воздуха десорбционной колонны. Способ управления нагнетателем горячего воздуха включает следующие этапы:
определение коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны в текущем состоянии, когда десорбционная колонна работает в стабильном состоянии;
определение целевой контрольной температуры на выходе секции нагрева десорбционной колонны; и
определение частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена и целевой контрольной температуры на выходе.
В частности, способ управления нагнетателем горячего воздуха включает следующие этапы:
запуск нагнетателя горячего воздуха в работу в течение заданного периода времени с частотой вращения нагнетателя, определенной на предыдущем этапе;
определение фактической температуры на выходе секции нагрева;
когда фактическая температура на выходе не соответствует заданному диапазону пороговых значений, циклическое выполнение следующих шагов:
определение коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны в текущем состоянии;
повторное определение частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена и целевой контрольной температуры на выходе;
запуск нагнетателя горячего воздуха в работу в течение заданного периода времени с повторно определенной частотой вращения нагнетателя; а также
определение фактической температуры на выходе секции нагрева.
В частности, этап определения коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны в текущем состоянии включает:
определение температуры на впускном отверстии для горячего воздуха секции нагрева десорбционной колонны и температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха секции нагрева;
определение температуры на входе секции нагрева и температуры на выходе секции нагрева;
определение текущей частоты вращения нагнетателя горячего воздуха и текущей частоты вращения устройства выгрузки десорбционной колонны; а также определение коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя и текущей частоты вращения устройства выгрузки. В частности, этап определения коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя и текущей частоты вращения устройства выгрузки включает:
определение коэффициента теплообмена на основе следующей формулы, основанной на логической взаимосвязи:
J
TF1
TF2
1TE
2TE
F1
G1
где K представляет собой коэффициент теплообмена; T представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе; T представляет собой температуру на выходе; F представляет текущую частоту вращения нагнетателя; и F представляет текущую частоту вращения устройства выгрузки.
В частности, этап определения частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе коэффициента теплообмена и конечной целевой температуры включает:
определение температуры на впускном отверстии для горячего воздуха секции нагрева десорбционной колонны и температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха на выходе секции нагрева;
определение температуры на входе секции нагрева и целевой температуры на выходе секции нагрева;
определение текущей частоты вращения устройства выгрузки десорбционной колонны; а также
определение частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена, температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, целевой контрольной температуры на выходе и текущей частоты вращения устройства выгрузки.
В частности, этап определения частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена, температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, целевой контрольной температуры на выходе, текущей частоты вращения устройства выгрузки включает:
определение частоты вращения нагнетателя на основе следующей формулы, основанной на логической взаимосвязи:
f1
J
TF2
1TE
G1
где F представляет собой частоту вращения нагнетателя; K представляет собой коэффициент теплообмена; представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе; TK представляет собой целевую контрольную температуру на выходе; и F представляет текущую частоту вращения устройства выгрузки.
В частности, заданную продолжительность времени можно определить, выполнив следующие этапы:
определение расхода потока активированного угля в десорбционной колонне; определение длины секции нагрева; а также
определение заданной продолжительности времени путем умножения отношения длины секции нагрева к расходу потока активированного угля на заданную кратную величину.
В частности, температуру на входе можно определить, выполнив следующие этапы:
определение температуры в каждой заданной точке измерения температуры на входе секции нагрева; а также
определение температуры на входе на основе среднего арифметического значений температур во всех точках измерения температуры.
В частности, температуру на выходе можно определить, выполнив следующие этапы
определение температуры в каждой заданной точке измерения температуры на выходе секции нагрева; а также
определение температуры на выходе на основе среднего арифметического значений температур во всех точках измерения температуры.
Кроме того, чтобы решить вышеупомянутую техническую проблему, второй аспект настоящего изобретения дополнительно предоставляет устройство управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны, которое используется для управления частотой вращения нагнетателя горячего воздуха десорбционной колонны и включает десорбционную колонну. Десорбционная колонна включает: секцию нагрева, используемую для нагрева активированного угля, протекающего через десорбционную колонну;
нагнетатель горячего воздуха, используемый для нагнетания горячего воздуха в секцию нагрева десорбционной колонны; а также
устройство выгрузки, используемое для управления расходом потока выгружаемого активированного угля в десорбционной колонне. Десорбционная колонна включает:
первый элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на впускном отверстии для горячего воздуха секции нагрева десорбционной колонны;
второй элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха секции нагрева;
третий элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на входе секции нагрева;
четвертый элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на выходе секции нагрева.
первый вычислительный блок, используемый для определения коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя горячего воздуха и текущей частоты вращения устройства выгрузки; а также второй вычислительный блок, используемый для определения частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена, температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, целевой контрольной температуры на выходе секции нагрева и текущей частоты вращения устройства выгрузки.
В частности, первый вычислительный блок используется для определения коэффициента теплообмена на основе следующей формулы, основанной на логической связи:
J
TF1
TF2
1TE
F1
G1
где K представляет собой коэффициент теплообмена; Т представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе секции нагрева; представляет собой температуру на выходе секции нагрева; F представляет собой текущую частоту вращения нагнетателя; и F представляет собой текущую частоту вращения устройства выгрузки.
В частности, второй вычислительный блок используется для определения частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе следующей формулы, основанной на логической связи:
f1
J
TF1
TF2
1TE
G1
где F представляет собой частоту вращения нагнетателя; K представляет собой коэффициент теплообмена; T представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе; ТK представляет собой целевую контрольную температуру на выходе; и F представляет собой текущую частоту вращения устройства выгрузки. В частности, предусмотрено множество третьих элементов измерения температуры, которые равномерно распределены на входе секции нагрева; а также
Каждый из третьих элементов измерения температуры снабжен множеством термопар для измерения температуры.
При необходимости, внешняя сторона третьего элемента измерения температуры окружена защитным рукавом.
В частности, предусмотрено множество четвертых элементов измерения температуры, которые равномерно распределены на выходе секции нагрева; а также
Каждый из четвертых элементов измерения температуры снабжен множеством термопар для измерения температуры.
При необходимости, внешняя сторона четвертного элемента измерения температуры окружена защитным рукавом.
В настоящей заявке способ управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны включает следующие этапы:
определение коэффициента теплообмена секции нагрева десорбционной колонны в текущем состоянии, когда десорбционная колонна работает в стационарном режиме;
определение целевой контрольной температуры на выходе секции нагрева десорбционной колонны; а также
определение частоты вращения нагнетателя горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена и целевой контрольной температуры на выходе. Способ позволяет точно регулировать частоту вращения нагнетателя горячего воздуха в соответствии с целевой контрольной температурой на выходе секции нагрева, тем самым устраняя проблему расходования электрической энергии и топлива из-за чрезмерного подвода тепла от воздухонагревательной печи. Кроме того, технический эффект, достигаемый с помощью устройства управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны, обеспечиваемый настоящей заявкой, такой же, как технический эффект, достигаемый с помощью вышеупомянутого способа.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более детального объяснения вариантов осуществления изобретения или технического решения в предшествующем уровне техники ниже кратко представлены чертежи, используемые в описании вариантов осуществления или предшествующего уровня техники. Очевидно, что чертежи в нижеследующем описании представляют собой некоторые варианты осуществления изобретения. Другие чертежи могут быть получены на основе этих чертежей специалистами в данной области техники без внесения творческого вклада.
Фиг. 1 - структурная схема устройства очистки отработавших топочных газов согласно предшествующему уровню техники;
Фиг. 2 - структурная схема десорбционной колонны устройства очистки отработавших топочных газов, показанного на фиг. 1;
Фиг. 3 - структурная схема секции нагрева десорбционной колонны, показанной на фиг. 2.
Фиг. 4 - поперечное сечение структурной схемы секции нагрева, показанной на фиг. 3.
Фиг. 5 - структурная схема десорбционной колонны, показанной в примере варианта осуществления настоящей заявки;
Фиг. 6 - схематическая диаграмма распределения элементов измерения температуры десорбционной колонны, показанной на фиг. 5.
Фиг. 7 - логическая блок-схема способа управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны, показанной в примере варианта осуществления настоящей заявки.
Соответствие между названиями компонентов и ссылочными номерами на фиг. 1-6 выглядит следующим образом: 1 десорбционная колонна
101 секция подачи
102 секция нагрева
1021 дефлектор горячего воздуха
103 секция сохранения тепла
108 секция удержания
104 секция охлаждения
105 секция выгрузки
106 промежуточный бункер
107 впускной клапан десорбционной колонны
2 адсорбционная колонна
201 впускной клапан адсорбционной колонны
3 емкость для хранения активированного угля
4 вибрационное сито
5 защитный рукав
F1 нагнетатель горячего воздуха
L1 воздухонагревательная печь
G1 устройство выгрузки десорбционной колонны
G2 устройство выгрузки адсорбционной колонны
S1 первый конвейер для подачи активированного угля
S2 второй конвейер для подачи активированного угля
С1 ленточный весовой дозатор
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее предоставляется более подробное описание технического решения с вариантами осуществления заявки и сопроводительными чертежами для более детального пояснения технического решения по заявке специалистам в данной области техники.
Некоторые процессы, описанные в настоящем документе и формуле настоящего изобретения и на вышеупомянутых чертежах, включают операции, выполняемые в параллельном режиме и в определенном порядке, однако следует понимать, что данные операции могут не выполняться или не выполняться параллельно в том порядке, в котором они описываются в заявке, порядковые номера операций, такие как 101 и 102, используются только для различения различных операций, при этом сами порядковые номера не обозначают какой-либо порядок выполнения. Кроме того, указанные процессы могут включать больше или меньше операций, и указанные операции могут выполняться последовательно или параллельно. Следует отметить, что описания «первый» и «второй» в заявке используются для различения различных положений, оборудования, модулей и т.д. и не представляют собой последовательный порядок, а также не определяют, что «первый» и «вторые» бывают разных типов.
Технические решения в вариантах осуществления изобретения ясно и полностью описаны ниже вместе с чертежами в вариантах осуществления изобретения. Следует понимать, что описанные варианты осуществления являются только частью вариантов осуществления изобретения, а не всеми вариантами осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления изобретения без внесения творческого вклада, должны подпадать под объем защиты изобретения.
Ссылаясь на фиг. 5 и фиг. 6, фиг. 5 представляет собой структурную схему десорбционной колонны, показанной в примере осуществления заявки, и фиг. 6 представляет собой структурную схему размещения элементов измерения температуры в десорбционной колонне, представленной на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, в настоящей заявке десорбционная колонна 1 содержит секцию 101 подачи, секцию 102 нагрева, секцию 103 сохранения тепла, секцию 104 охлаждения и секцию 105 выгрузки, при этом в секции 102 нагрева расположен дефлектор 1021 горячего воздуха. Активированный уголь, который содержит адсорбированные загрязняющие вещества, поступает из промежуточного бункера 106 через впускной клапан 107 десорбционной колонны, последовательно проходит через секцию 101 подачи, секцию 102 нагрева, секцию 103 сохранения тепла, секцию 104 охлаждения и секцию 105 выгрузки и, наконец, выгружается через устройство G1 выгрузки десорбционной колонны. Система подачи горячего воздуха десорбционной колонны 1 включает воздухонагревательную печь L1 и нагнетатель F1 горячего воздуха, при этом воздухонагревательная печь L1 используется для нагрева воздуха, а нагнетатель F1 горячего воздуха используется для обеспечения быстрой циркуляции нагретого воздуха, таким образом, воздух поступает из впускного отверстия для горячего воздуха и выходит из выпускного отверстия для горячего воздуха. Как показано на фиг. 5, элемент TF1 измерения температуры расположен на впускном отверстии для горячего воздуха и используется для измерения температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, а элемент TF2 измерения температуры расположен на выпускном отверстии для горячего воздуха и используется для измерения температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха. Расходомер VF1 расположен в соответствующем месте трубопровода горячего воздуха и используется для измерения расхода горячего воздуха. Элемент 1ТЕ измерения температуры расположен на входе секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 и используется для измерения температуры на входе секции 102 нагрева; и элемент 2ТЕ измерения температуры расположен на выходе 102 секции нагрева десорбционной колонны 1 и используется для измерения температуры на выходе секции 102 нагрева. В частности, как показано на фиг. 6, в элементе 1ТЕ измерения температуры десорбционной колонны имеется девять термопар 1ТЕ11-1ТЕ19 (количество термопар, указанных на фиг. 6, составляет девять, однако количество термопар не ограничивается только девятью), и монтажная схема каждой термопары подсоединена к клемме элемента 1ТЕ1 измерения температуры. Элемент 1ТЕ1 измерения температуры имеет защитную оболочку, так что элемент измерения температуры защищен от смывания проточным активированным углем. Несколько элементов измерения температуры (1ТЕ1-1TEn показаны на фиг. 6) десорбционной колонны равномерно распределены на одной плоскости измерения температуры. Из чертежей видно, что положение каждой термопары относительно контрольной точки зафиксировано. Поскольку регистрируемая температура определенного элемента измерения температуры известна, может быть определена температура активированного угля в соответствующем положении элемента измерения температуры. Значение температуры элемента 1ТЕ измерения температуры представляет собой среднее арифметическое значений температуры термопар элемента 1ТЕ измерения температуры, установленного на входе секции нагрева.
Таким же образом, способ расположения элемента 2ТЕ измерения температуры может быть аналогичным способу размещения элемента 1ТЕ измерения температуры, и поэтому повторное описание не приводится. Соответственно, значение температуры, измеренной элементом 2ТЕ измерения температуры, является средним арифметическим значением температур термопар элемента 2ТЕ измерения температуры, установленного на выходе секции 102 нагрева. Далее приводится принцип работы, используемый в техническом решении настоящей заявки для решения технической проблемы.
Как показано на фиг. 6, тепло в секцию 102 нагрева десорбционной колонны 1 поступает от воздухонагревательной печи L1, повышение температуры активированного угля и десорбция SO2 активированным углем способствует поглощению тепла, и часть тепла рассеивается; таким образом, производство и потребление тепла сбалансированы, что показано в формуле 1:
Qf=Qt+Qj+Qs+Qz Формула 1
где
Qf: подвод тепла от воздухонагревательной печи в килоджоулях;
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
Qj: тепло, затрачиваемое на десорбцию SO2 активированным углем, в килоджоулях;
Qs: тепло, рассеиваемое системой, в килоджоулях;
Qz: тепло, затраченное на нагрев оставшихся компонентов, в килоджоулях.
В формуле 1 тепло, рассеиваемое системой,
Qs, и тепло, затраченное на нагрев оставшихся компонентов,
Qz, составляют небольшую долю, и их влияние можно
не учитывать на практике, поэтому формулу 1 можно заменить формулой 2:
Qf=Qt+Qj формула 2
где
Qf: подвод тепла от воздухонагревательной печи в килоджоулях;
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
Qj: тепло, затрачиваемое на десорбцию SO2 активированным углем, в килоджоулях;
Тепло, затрачиваемое на десорбцию SO2 активированным углем, зависит от количества SO2, абсорбированного активированным углем. Активированный уголь адсорбирует SO2 в адсорбционной колонне 2, активированный уголь, который адсорбировал SO2, нагревается в десорбционной колонне 1, и когда активированный уголь, который адсорбировал SO2, нагревается до температуры выше 200°С, адсорбированный SO2 высвобождается; а процесс десорбции представляет собой процесс поглощения тепла. При практическом применении содержание SO2 в отработавших топочных газах колеблется не существенно, а соотношение между Qt и Qj показано в формуле 3:
Qj=K1*Qt формула 3
где
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
Qj: тепло, затрачиваемое на десорбцию S02 активированным углем, в килоджоулях;
K1 - это эмпирический коэффициент, значение которого находится в диапазоне 0,2-0,3, при этом коэффициент связан с содержанием загрязняющих веществ в топочных газах и считается константой.
Взаимосвязь между подводом тепла воздухонагревательной печью и теплом, потребляемым при повышении температуры активированного угля, может быть получена из формулы 2 и формулы 3, как показано в формуле 4:
Qf=Qt+K1*Qt=(1+K1)*Qt=K*Qt формула 4
где
Qf: подвод тепла от воздухонагревательной печи в килоджоулях;
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
K - это эмпирический коэффициент, значение которого находится в диапазоне 1,2-1,3, при этом коэффициент связан с содержанием загрязняющих веществ в топочных газах и считается константой.
Как показано на фиг. 6, подвод тепла от воздухонагревательной печи можно
рассчитать по формуле 5:
TF2
VF1
Qf=(- T)*V*Cf формула 5
где
Qf: подвод тепла от воздухонагревательной печи в килоджоулях;
TF1
TF2
T и T: значения температуры, измеренные элементами TF1, TF2 измерения температуры, в K;
VF1
V: значение расхода горячего воздуха, измеренное расходомером VF1, в кг/ч;
Cf: удельная теплоемкость горячего воздуха, постоянная величина в килоджоулях /(К*кг/ч).
Как показано на фиг. 5, когда процесс производства стабилен, количество тепла, потребляемого при повышении температуры активированного угля, рассчитывается по формуле 6. Согласно определению стабильности производства: 1) активированный уголь, обнаруживаемый элементом определения температуры активированного угля на выходе, нагревается на входе; 2) в процессе производства расход активированного угля и выброс загрязняющих веществ стопочными газами существенно не меняются.
2ТЕ
1TE
T
Qt=(Т-T)*V*Ct формула 6
где
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
1TF
2TE
T и T: значения температуры, измеренные элементами 1ТЕ, 2ТЕ измерения температуры, в K;
T
V: расход активированного угля, кг/ч;
Ct: удельная теплоемкость активированного угля, постоянная величина в килоджоулях / (К*кг/ч).
Из формулы 4, формулы 5 и формулы 6 можно вывести, что:
2TE
1TE
T
TF1
TF2
VF1
K*(T-T)*V*Ct=(T-T)*V*Cf формула 7
где
Qt: тепло, затраченное на повышение температуры активированного угля, в килоджоулях;
1TE
2TE
T и T: значения температуры, измеренные элементами 1ТЕ, 2ТЕ измерения температуры, в K;
T
V: расход активированного угля, кг/ч;
Ct: удельная теплоемкость активированного угля, постоянная величина в килоджоулях / (К*кг/ч).
Qf: подвод тепла от воздухонагревательной печи в килоджоулях;
TF1
TF2
T и T: значения температуры, измеренные элементами TF1, TF2 измерения температуры, в K;
VF1
V: значение расхода горячего воздуха, измеренное расходомером VF1, в кг/ч;
Cf: удельная теплоемкость горячего воздуха, постоянная величина в килоджоулях /(К*кг/ч).
K: коэффициент в диапазоне 1,2-1,3, корректируемый в зависимости от производственного процесса.
В формуле 7 удельная теплоемкость Cf горячего воздуха и удельная теплоемкость Ct активированного угля являются постоянными, и каждое значение температуры может быть измерено с помощью элемента измерения температуры. Когда активированный уголь в адсорбционной колонне 2 окончательно выгружается из устройства G1 выгрузки десорбционной колонны, рабочий расход устройства G1 выгрузки десорбционной колонны равен скорости потока активированного угля VT в секции нагрева; и расход активированного угля VT пропорционален частоте вращения устройства G1 выгрузки десорбционной колонны. Как показано в формуле 8:
T
G1
G1
V=K*F формула 8
где
T
V: расход активированного угля, кг/ч;
G1
K: постоянная величина, определяемая конструктивными параметрами устройства выгрузки G1, в кг/(ч*об/мин);
G1
F: частота вращения устройства выгрузки, об/мин.
Следует отметить, что частота вращения (или Rev) - это количество оборотов, на которые поворачивается объект при круговом движении вокруг центра круга по окружности за единицу времени. Единица измерения выражается в оборотах в минуту.
В формуле 7 объем воздуха нагнетателя F1 горячего воздуха пропорционален частоте вращения нагнетателя F1 горячего воздуха как показано в формуле 9:
VF1
F1
F1
V=K*F формула 9
где
VF1
V: расход потока нагнетателя горячего воздуха, кг/ч
F1
K: постоянная величина, определяемая конструктивными параметрами нагнетателя F1, в кг/(ч*об/мин)
F1
F: частота вращения нагнетателя, об/мин
Подставляя формулу 8 и формулу 9 в формулу 7, можно получить, что частота вращения нагнетателя горячего воздуха FF1 может быть установлена в соответствии со следующей формулой:
2TE
1TE
G1
G1
TF1
TF2
F1
F1
K*(T-T)*K*F*Ct=(T-T)*K*F*Cf
формула 10
где
1TE
2TE
T, T: значения температуры, измеренные элементами 1ТЕ, 2ТЕ измерения, в K;
G1
K: постоянная величина, определяемая конструктивными параметрами
устройства выгрузки G1, в кг/(ч*об/мин);
G1
F: частота вращения устройства выгрузки, об/мин;
Ct: удельная теплоемкость активированного угля, постоянная величина в килоджоулях/(К* кг/ ч);
TF1
TF2
T, T: значения температуры, измеренные элементами TF1, TF2 измерения температуры, в K
F1
F1
K: постоянная величина, определяемая конструктивными параметрами нагнетателя горячего воздуха F1, в кг/(ч*об/мин) F: частота вращения нагнетателя, об/мин
Cf: удельная теплоемкость горячего воздуха, постоянная величина в килоджоулях /(К*кг/ч).
K: коэффициент в диапазоне 1,2-1,3, корректируемый в зависимости от производственного процесса.
Как показано в формуле 10, параметры K, KG1, Ct, KF1 и Cf в правой части формулы являются константами, и поэтому формулу 10 можно упростить до:
формула 11
J
где K - коэффициент, значение которого составляет:
J
G1
F1
K=(K*K*Ct)/(K*Cf)
Параметры в формуле 11 аналогичны тем, что указаны в формуле 10, и поэтому здесь не приводится их повторное объяснение. Другой вывод формулы 10:
формула 12
J
где K - коэффициент, значение которого составляет:
J
G1
F1
K=(K*K*Ct)/(K*Cf)
Параметры в формуле 11 аналогичны тем, что указаны в формуле 10, и поэтому здесь не приводится их повторное объяснение.
Как показано на фиг. 5, температура воздуха на впускном отверстии для горячего воздуха в десорбционной колонне 1 представляет собой температуру воздуха на выходе из воздухонагревательной печи L1. Воздухонагревательная печь L1 представляет собой систему вывода горячего воздуха со стабильной температурой, то есть температура на выходе воздухонагревательной печи L1 стабильна в пределах диапазона выходной мощности воздухонагревательной печи L1. В соответствии с формулой 11 температура TTF1 на впускном отверстии для горячего воздуха является известным определенным значением (около 430°С на производстве), а температура TTF2 на выпускном отверстии для горячего воздуха является значением, полученным после того, как горячий воздух и активированный уголь подвергаются теплообмену и охлаждению, и связан со скоростью потока горячего воздуха, скоростью потока активированного угля, температурой активированного угля и т.п.
Как показано на фиг. 5, для обеспечения полной десорбции активированного угля минимальная температура активированного угля на выходе должна быть выше 380°С. Поскольку контроль системы воздухонагревательной печи L1 существующей десорбционной колонны неточен, а предельная величина горячего воздуха относительно велика, на производстве температура активированного угля на выходе достигает 410°С. В соответствии с формулой 11 температура активированного угля на выходе в секции нагрева является целевой контрольной температурой системы, при этом контрольная температура - это самая низкая температура, при которой активированный уголь может выполнять достаточную десорбцию (например, 395°С, которую можно отрегулировать по мере необходимости), например, температура активированного угля на выходе. То есть, если температура Т2ТЕ на выходе секции 102 нагрева выше, чем контрольная температура, объем циркуляции горячего воздуха и тепловая мощность системы воздухонагревательной печи L1 уменьшаются; и если температура Т2ТЕ на выходе секции 102 нагрева ниже, чем контрольная температура, объем циркуляции горячего воздуха и тепловая мощность системы воздухонагревательной печи увеличиваются.
Как показано на фиг. 5, когда десорбционная колонна 1 работает в нормальном режиме производства, активированный уголь поступают в секцию 102 нагрева десорбционной колонны 1 и проходит через всю секцию 102 нагрева со скоростью потока v1. Продолжительность нагрева всего активированного угля составляет L v1, и активированный уголь постоянно нагревается при прохождении по всей секции 102 нагрева.
Как показано на фиг. 7, система управления десорбционной колонной регулирует нагнетатель горячего воздуха путем сравнения значения температуры Т2ТЕ, зарегистрированного элементом 2ТЕ измерения температуры, со значением контрольной температуры. Как показано в формуле 11:
формула 11
J
где K - коэффициент, значение которого составляет:
J
G1
F1
K=(K*K*Ct)/(K*Cf)
1TE
2TF
T, T: значения температуры, измеренные элементами 1ТЕ, 2ТЕ измерения температуры, в K;
G1
K: постоянная величина, определяемая конструктивными параметрами устройства выгрузки G1, в кг/(ч*об/мин);
G1
F: частота вращения устройства выгрузки, об/мин.
Ct: удельная теплоемкость активированного угля, постоянная величина, в килоджоулях/ (К*кг/ч);
TF1
TF2
T, T: значения температуры, измеренные элементами TF1, TF2 измерения температуры, в K;
F1
K: константа, определяемая конструктивными параметрами нагнетателя F1, в кг/(ч*об/мин);
F1
F: частота вращения нагнетателя, об/мин
Cf: удельная теплоемкость горячего воздуха, постоянная величина в килоджоулях /(К* кг/ч).
K: коэффициент в диапазоне 1,2-1,3, корректируемый в зависимости от производственной ситуации.
Формула 13 может быть получена из формулы 11:
формула 13
Параметры в формуле 13 аналогичны тем, что указаны в формуле 10, и поэтому здесь не приводится их повторное объяснение.
J
Как показано в формуле 13, коэффициент K связан с рядом параметров, таких как конструктивные параметры устройства выгрузки, конструктивные параметры нагнетателя, коэффициент K, удельная теплоемкость активированного угля и удельная теплоемкость горячего воздуха. Эти параметры часто бывает трудно определить на практике.
TF1
TF2
1TE
G1
G2
J
J
Как показано в формуле 13, когда десорбционная колонна находится в стабильном состоянии, параметры T, T, T, , F и F в правой части формулы 13 могут быть непосредственно определены автоматизированной системой управления. Следовательно, значение коэффициента K можно рассчитать по формуле 13, а затем в соответствии с контрольным целевым значением, значение K подставляется в формулу 12 для расчета значения рабочей частоты вращения нагнетателя горячего воздуха.
Вышеупомянутый принцип работы используется в техническом решении настоящей заявки для решения технической проблемы.
Варианты технического решения настоящей заявки подробно представлены ниже. Обратимся к фиг. 7, на фиг. 7 представлена логическая блок-схема способа управления нагнетателем горячего воздуха десорбционной колонны, показанного в примере варианта осуществления настоящей заявки.
В варианте осуществления настоящая заявка включает следующие этапы:
S101: определение коэффициента теплообмена секции 2 нагрева десорбционной колонны 1 в текущем состоянии, когда десорбционная колонна 1 работает в стабильном состоянии;
S102: определение целевой контрольной температуры на выходе секции 102 нагрева десорбционной колонны 1; при этом, целевая контрольная температура на выходе выводится из экспериментальных данных, например, целевая контрольная температура на выходе может быть установлена равной 395°С;
S103: определение частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена и целевой контрольной температуры на выходе;
S104: запуск нагнетателя F1 горячего воздуха в работу в течение заданного промежутка времени с частотой вращения нагнетателя, определенной на предыдущем этапе; а также
S105: определение фактической температуры на выходе секции 102 нагрева. Когда фактическая температура на выходе не соответствует заранее определенному диапазону пороговых значений, этап S101 циклически выполняется до тех пор, пока обнаруженная фактическая температура на выходе не будет соответствовать заранее определенному диапазону пороговых значений. В частности, диапазон пороговых значений может быть таким, чтобы абсолютное значение разницы между фактической температурой на выходе и целевой контрольной температурой на выходе было меньше или равно 5°С. Способ позволяет точно управлять частотой вращения нагнетателя F1 горячего воздуха в соответствии с целевой контрольной температурой на выходе секции 102 нагрева, тем самым эффективно решая проблемы, связанные с потерей электроэнергии и топлива из-за чрезмерного нагрева воздухонагревательной печи L1.
В вышеупомянутый вариант осуществления могут быть внесены дополнительные модификации для получения другого варианта осуществления заявки.
В частности, в варианте осуществления S101 определение коэффициента теплообмена секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 в текущем состоянии включает:
определение температуры на впускном отверстии для горячего воздуха секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 и температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха секции 102 нагрева;
определение температуры на входе секции 102 нагрева и температуры на выходе секции 102 нагрева;
определение текущей частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха и текущей частоты вращения устройства выгрузки десорбционной колонны 1; а также
определение коэффициента теплообмена секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя и текущей частоты вращения устройства выгрузки. Следует отметить, что при повторном выполнении этапа S101 вышеуказанные значения температуры необходимо повторно измерить, и, следовательно, коэффициент теплообмена также необходимо пересчитать. Конечно, в частности, формула зависимости коэффициента теплообмена может быть получена на основе принципа работы, представленного выше.
Этап определения коэффициента теплообмена секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя и текущей частоты вращения устройства выгрузки, определение коэффициента теплообмена на основе следующей формулы, основанной на логической взаимосвязи:
J
TF2
1TE
F1
G1
где K представляет собой коэффициент теплообмена; представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе секции нагрева; представляет собой температуру на выходе секции нагрева; F представляет собой текущую частоту вращения нагнетателя; и F представляет собой текущую частоту вращения устройства выгрузки.
J
Как указано выше, коэффициент теплообмена K связан с рядом параметров, таких как конструктивные параметры устройства выгрузки, конструктивные параметры нагнетателя, коэффициент K, удельная теплоемкость активированного угля и удельная теплоемкость горячего воздуха, которые обычно трудно определить на практике. Однако в приведенной выше формуле четыре значения температуры и два значения частоты вращения могут быть легко получены путем сравнения, так что коэффициент теплообмена может быть легко вычислен.
Кроме того, в данном варианте осуществления может быть разработан конкретный способ определения частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха.
Например, этап определения частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена, температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, целевой контрольной температуры на выходе, текущей частоты вращения устройства выгрузки включает:
определение частоты вращения нагнетателя на основе следующей формулы, основанной на логической взаимосвязи:
f1
J
TF2
1TE
G1
где F представляет собой частоту вращения нагнетателя; K представляет собой коэффициент теплообмена; представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе; TK представляет собой целевую контрольную температуру на выходе; и F представляет текущую частоту вращения устройства выгрузки. Из приведенной выше формулы можно увидеть, что при условии определения коэффициента теплообмена на основе значения вышеупомянутой целевой контрольной температуры на выходе частоту вращения нагнетателя F1 горячего воздуха можно легко и точно регулировать, что способствует оптимизации энергосбережения.
В любом из вышеупомянутых вариантов осуществления также может быть выполнена конкретная реализация для способа определения каждой температуры. Например, температуру на выходе можно определить, выполнив следующие этапы:
определение температуры в каждой заданной точке измерения температуры на выходе секции 102 нагрева; а также
определение температуры на выходе на основе среднего арифметического значений температур во всех точках измерения температуры.
Например, температуру на входе можно определить, выполнив следующие этапы: определение температуры в каждой заданной точке измерения температуры на входе секции нагрева; а также
определение температуры на входе на основе среднего арифметического значений температур во всех точках измерения температуры.
Очевидно, что с помощью данного способа можно более точно определить температуру на входе и температуру на выходе.
Ссылаясь на фиг. 5 и фиг. 6, заявка также предоставляет устройство управления нагнетателем F1 горячего воздуха десорбционной колонны 1, которое используется для управления частотой вращения нагнетателя F1 горячего воздуха десорбционной колонны 1 и включает десорбционную колонну 1. Десорбционная колонна 1 включает:
секцию 102 нагрева, используемую для нагрева активированного угля, протекающего через десорбционную колонну 1;
нагнетатель F1 горячего воздуха, используемый для нагнетания горячего воздуха в секцию 102 нагрева десорбционной колонны 1; а также
устройство выгрузки, используемое для управления расходом потока выгружаемого активированного угля в десорбционной колонне 1. Десорбционная колонна 1 включает:
первый элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на впускном отверстии для горячего воздуха секции 102 нагрева десорбционной колонны 1;
второй элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха секции 102 нагрева;
третий элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на входе секции 102 нагрева;
четвертый элемент измерения температуры, используемый для определения температуры на выходе секции 102 нагрева.
Следует отметить, что нумерация элементов измерения температуры предназначена только для пояснения и не противоречит вышеприведенному описанию. Первым элементом измерения температуры является элемент TF1 измерения температуры, используемый для измерения температуры на впускном отверстии для горячего воздуха на фиг. 5, а вторым элементом измерения температуры является элемент TF2 измерения температуры, используемый для измерения температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха на фиг. 5; третий элемент измерения температуры - это элемент 1ТЕ измерения температуры, используемый для измерения температуры на входе секции 102 нагрева на фиг. 5; и четвертым элементом измерения температуры является элемент 2ТЕ измерения температуры, используемый для измерения температуры на выходе секции 102 нагрева на фиг. 5.
Десорбционная колонна 1 включает: первый вычислительный блок, используемый для определения коэффициента теплообмена секции 102 нагрева десорбционной колонны 1 на основе значений температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, температуры на выходе, текущей частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха и текущей частоты вращения устройства выгрузки; а также
второй вычислительный блок, используемый для определения частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха на основе значений коэффициента теплообмена, температуры на впускном отверстии для горячего воздуха, температуры на выпускном отверстии для горячего воздуха, температуры на входе, целевой контрольной температуры на выходе секции 102 нагрева и текущей частоты вращения устройства выгрузки.
Конструкция устройства позволяет управлять частотой вращения нагнетателя F1 горячего воздуха в соответствии с целевой контрольной температурой на выходе секции 102 нагрева, что способствует оптимизации энергосбережения и топлива из-за чрезмерного подвода тепла от воздухонагревательной печи L1. В вышеупомянутое устройство могут быть внесены дополнительные улучшения. Например, первый вычислительный блок используется для определения коэффициента теплообмена на основе следующей формулы, основанной на логической связи:
J
TF2
1TE
F1
G1
где K представляет собой коэффициент теплообмена; представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе секции нагрева; представляет собой температуру на выходе секции нагрева; F представляет собой текущую частоту вращения нагнетателя; и F представляет собой текущую частоту вращения устройства выгрузки.
Кроме того, второй вычислительный блок используется для определения частоты вращения нагнетателя F1 горячего воздуха на основе следующей формулы, основанной на логической связи:
f1
J
TF1
TF2
1TE
G1
где F представляет собой частоту вращения нагнетателя; K представляет собой коэффициент теплообмена; T представляет собой температуру на впускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на выпускном отверстии для горячего воздуха; T представляет собой температуру на входе; представляет собой целевую контрольную температуру; и F представляет собой текущую частоту вращения устройства выгрузки. Кроме того, в вышеупомянутых вариантах осуществления может быть специально спроектирована компоновка элементов измерения температуры. Например, как показано на фиг. 6, предусмотрено множество третьих элементов измерения температуры, которые равномерно распределены на входе секции 102 нагрева; и каждый из третьих элементов измерения температуры снабжен множеством термопар для измерения температуры. Защитные рукава 5 расположены с внешней стороны третьих элементов измерения температуры. Например, как показано на фиг. 6, предусмотрено множество четвертых элементов измерения температуры, которые равномерно распределены на выходе секции 102 нагрева; и каждый из четвертых элементов измерения температуры снабжен множеством термопар для измерения температуры. Защитные рукава 5 расположены снаружи четвертых элементов измерения температуры.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что для удобства и краткости описания конкретные рабочие процессы и соответствующие технические эффекты системы, устройства и блоков, описанных выше, могут относиться к соответствующим процессам в вышеупомянутых вариантах осуществления способа без повторения описания.
Описанные выше варианты осуществления устройства являются иллюстративными, при этом элементы, описанные как отдельные компоненты, могут или не могут быть физически разделены, а компоненты, отображаемые как элементы, могут или могут не быть физическими элементами, то есть они могут быть расположены в одном месте или могут быть распределены по нескольким сетевым устройствам. Некоторые или все модули могут быть выбраны в соответствии с фактическими потребностями для достижения целей решений вариантов осуществления. Специалисты в данной области техники могут понять и реализовать решения без внесения творческого вклада.
В заключение, следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления используются только для иллюстрации технических решений изобретения, а не для их ограничения; и хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на вышеизложенные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что в технические решения, описанные в вышеупомянутых вариантах осуществления, могут быть внесены изменения, а некоторые из технических характеристик могут быть эквивалентно заменены, однако модификации или изменения не должны приводить к отклонению соответствующих технических решений от сущности и объема технических решений вариантов осуществления настоящего изобретения.