Патент на изобретение №2345301

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ С ЦИКЛОННО-СПИРАЛЬНОЙ ПРИСТАВКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов и может быть использовано в легкой, пищевой, химической промышленности и в отраслях сельского хозяйства. Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой включает измерение температуры топочных газов в топке, задание температуры агента сушки изменением количества атмосферного приточного воздуха в камере смешивания до циклонно-спиральной приставки, измерение начальной влажности сыпучего материала и в соответствии с ней и температурой агента сушки регулирование количества подаваемого материала, задание значения влажности материала и температуры агента сушки на выходе из циклонно-спиральной приставки, характеризующих степень пожароопасности в барабанной сушилке, измерение температуры агента сушки и влажности сыпучего материала после циклонно-спиральной приставки и, если значения отличаются от заданных, регулируется температура топочных газов изменением расхода природного газа и воздуха на его горение, расход сыпучего материала, температура агента сушки до и после циклонно-спиральной приставки изменением количества атмосферного приточного воздуха при измерении и учете его температуры. Изобретение позволяет повысить качество управления сушкой сыпучих материалов при обеспечении заданной конечной влажности высушиваемого материала и пожаробезопасности процесса в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой. 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях, например при производстве древесностружечных плит, в сельском хозяйстве, например при производстве витаминно-травяной муки и зерна, пищевой промышленности, например при производстве растительного масла.

Наиболее близким по сущности является способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой, в котором измеряют температуру топочных газов в топке, задают температуру агента сушки, изменяя количество атмосферного приточного воздуха в камере смешивания до циклонно-спиральной приставки, измеряют начальную влажность сыпучего материала и в соответствии с ней и температурой агента сушки регулируют количество подаваемого материала (Стерлин Д.М. Сушка в производстве фанеры и древесностружечных плит. – М. Лесная промышленность. – 1977 г., 384 с. (стр.337-338)).

Недостаток способа – некачественная сушка материала, опасность его возгорания в барабанной сушилке.

Задача, на решение которой направленно изобретение, – повышение качества управления сушкой сыпучих материалов при обеспечении заданной конечной влажности высушиваемого материала и пожаробезопасности процесса в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой.

Для этого в способе автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой, включающем измерение температуры топочных газов в топке, задание температуры агента сушки изменением количества атмосферного приточного воздуха в камере смешивания до циклонно-спиральной приставки, измерение начальной влажности сыпучего материала и в соответствии с ней и температурой агента сушки регулирование количества подаваемого материала, задают значения влажности материала и температуры агента сушки на выходе из циклонно-спиральной приставки, характеризующие степень пожароопасности в барабанной сушилке, измеряют температуру агента сушки и влажность сыпучего материала после циклонно-спиральной приставки и, если значения отличаются от заданных, регулируют температуру топочных газов изменением расхода природного газа и воздуха на его горение, расход сыпучего материала, температуру агента сушки до и после циклонно-спиральной приставки изменением количества атмосферного приточного воздуха при измерении и учете его температуры.

На чертеже приведена схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство для автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке 1 с циклонно-спиральной приставкой 2 содержит следующие датчики: температуры топочных газов 3 в топке 4, температуры газовоздушной смеси 5 в камере смешивания 6, температуры агента сушки 7, поступающего в циклонно-спиральную приставку 2, температуры агента сушки 8, выходящей из циклонно-спиральной приставки 2, температуры атмосферного приточного воздуха 9, начальной влажности сыпучего материала 10, влажности сыпучего материала 11 после циклонно-спиральной приставки 2. Датчики 3, 5, 7, 8, 9, 10, 11 через блок релейного коммутатора 12, измерительный усилитель 13, фильтр 14, мультиплексор 15, аналогово-цифровой преобразователь 16 связаны с контроллером 17. Контроллер 17 посредством блока дискретного ввода-вывода 18 отображает на дисплее 19 информацию о текущем состоянии процесса, получает от оператора через клавиатуру 20 команды, реализует через цифроаналоговый преобразователь 21, усилители 22 и блоки аналоговых выходов 23 управление исполнительным механизмом 24, регулирующим количество подаваемого газа в горелку 25, и исполнительным механизмом 26, регулирующим посредством шибера 27 количество воздуха, поступающего на горение в топку 4, исполнительным механизмом 28, регулирующим шибером 35 количество воздуха, поступающего на смешивание с топочными газами в камере смешивания 6, исполнительным механизмом 29, регулирующим шибером 30 расход сыпучего материала в питателе 31, исполнительным механизмом 32, регулирующим шибером 33 количество атмосферного приточного воздуха на смешивание с агентом сушки и высушиваемым материалом после циклонно-спиральной приставки 2. Исполнительные механизмы 24, 26, 28, 29, 32 соединены с контроллером 17 через модуль расширения 34 блока релейного коммутатора 12, обеспечивая, таким образом, обратную связь.

Способ осуществляется следующим образом.

Оператор вводит в память компьютера с помощью клавиатуры 20 значение предельно допустимой температуры и влажности сыпучего материала на выходе из циклонно-спиральной приставки 2, задает номинальные значения этой температуры и влажности материала, которые должны выдерживаться в соответствии с режимом. Измеренные значения температуры топочного газа с датчика 3 температуры газовоздушной смеси, с датчиков 5, 7 и 8 влажности сыпучего материала, с датчиков 10 и 11, установленных перед и после циклонно-спиральной приставки соответственно через блок релейного коммутатора 12, измерительный усилитель 13, фильтр 14 и мультиплексор 15, преобразуясь в аналогово-цифровом преобразователе 16 в цифровой код, поступают в контроллер 17, в котором при помощи математических моделей процесса сушки рассчитываются оценочные значения влажности высушиваемого сыпучего материала и температуры агента сушки на выходе из циклонно-спиральной приставки :

где X₁ – расход природного газа, м³/ч;

Х₂ – расход воздуха на горение, отн. ед.;

Х₃ – температура топочного газа, °С;

Х₄ – расход атмосферного приточного воздуха на смешивание в камере смешивания, отн. ед.;

X₅ – температура газовоздушной смеси в камере смешивания, °С;

Х₆ – температура агента сушки до циклонно-спиральной приставки, °С;

Х₇ – расход сыпучего материала, кг/ч;

X₈ – температура агента сушки после циклонно-спиральной приставки, °С;

Х₉ – расход атмосферного приточного воздуха на смешивание с агентом сушки после циклонно-спиральной приставки, отн. ед.;

Х₁₀ – температура атмосферного приточного воздуха, °С;

Х₁₁ – начальная влажность сыпучего материала, %;

А₀, В₀, А_i, В_i, А_ij, B_ij – коэффициенты уравнений регрессии, определяемые экспериментально, например методом наименьших квадратов.

На основании оценочных значений и и массива истинных значений Y_1i и Y_2i, поступающих с датчиков 10 и 11 влажности высушиваемого материала и температуры агента сушки соответственно, в контроллере 17 информация масштабируется, модель проверяется на адекватность, анализируются и выводятся параметры управления. В нем сравниваются оценочные и заданные значения Y_1i влажности высушиваемого материала, прогнозируемое и заданное Y_2i значения температуры агента сушки после циклонно-спиральной приставки. Оператор задает допустимую разность между этими значениями. При превышении разности между заданным и прогнозируемым значением температуры материала на входе в барабан, возникновении ошибки регулирования происходит перерасчет коэффициентов A₀, B₀, A_i, B_i, A_ij, В_ij моделей (1) и (2) на основании текущей информации о расходе природного газа (X₁), расходе воздуха на горение (Х₂), температуре топочного газа (Х₃), расходе атмосферного приточного воздуха на смешивание в камере смешивания (Х₄), температуре газовоздушной смеси в камере смешивания (Х₅), температуре агента сушки на входе в циклонно-спиральную приставку (Х₆), расходе сыпучего материала (X₇), температуре агента сушки на выходе из циклонно-спиральной приставки (X₈), расходе атмосферного приточного воздуха на смешивание с агентом сушки после циклонно-спиральной приставки (Х₉), температуре атмосферного приточного воздуха (Х₁₀), начальной влажности сыпучего материала, влажности высушиваемого сыпучего материала (Y₁) и температуры агента сушки (Y₂) на выходе из циклонно-спиральной приставки 2. Затем рассчитываются оптимальные значения управляющих воздействий X₁, Х₂, Х₄, Х₇, Х₉ и посредством цифроаналогового преобразователя 21 преобразуются в аналоговые управляющие сигналы, поступающие через усилители 22 и блоки аналоговых выходов 23 на исполнительный механизм 24, который, изменяя количество подаваемого газа в горелку 25, регулирует температуру топочного газа, на исполнительные механизмы 26 и 28, изменяющие с помощью шиберов 27 и 35 количество подаваемого воздуха в топку 4 и камеру смешивания 6 соответственно, а также на исполнительный механизм 29, который, изменяя шибером 30 количество подаваемого материала в питателе 31, регулируют его расход, на исполнительный механизм 32, открывающий или закрывающий шибер 33, изменяющий количество атмосферного приточного воздуха в зону смешивания с сушильным агентом и высушиваемым материалом после циклонно-спиральной приставки. Сигналы о номинальных количествах подаваемого материала, газа в горелку и степени открытия того или иного шибера передаются по обратной связи через дополнительные модули расширения 34 блока релейного коммутатора 12.

Пример. В производстве древесностружечных плит процесс сушки измельченной древесины осуществляется при следующих значениях параметров:

– начальная влажность сыпучего материала – 75%;

– расход сыпучего материала – 4000 кг/ч;

– температура топочных газов – 900°С;

– номинальное значение конечной влажности измельченной древесины на выходе из циклонно-спиральной приставки – 30%;

– номинальное значение температуры агента сушки на входе в циклонно-спиральную приставку – 680°С;

– допустимое значение температуры агента сушки на входе в циклонно-спиральную приставку – 700°С;

– номинальное значение агента сушки на входе в барабанную сушилку – 260°С;

– допустимое значение агента сушки на входе в барабанную сушилку – 290°С;

– номинальное значение температуры измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки – 140°С;

– допустимое значение температуры измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки – 155°С;

– номинальное значение конечной влажности измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки – 3%.

В процессе сушки произошел выход влажности измельченной древесины после циклонно-спиральной приставки за номинальное значение. Значение влажность высушиваемого материала составило 15% вследствие резких колебаний начальной влажности измельченной древесины, вызванных свойствами сырья при ее производстве. При температуре агента сушки на выходе из циклонно-спиральной приставки, равной 320°С, которая была выше допустимого значения в 290°С, температура измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки составила 170°С, то есть выше нормы – возникла пожароопасная обстановка. Для предотвращения возгорания высушиваемого материала в барабанной сушилке снизили температуру агента сушки на входе в циклонно-спиральную приставку до 560°С, уменьшив расход природного газа и количество воздуха, подаваемого на горение, увеличили расход исходного материала и расход атмосферного приточного воздуха, снизив температуру агента сушки на входе в барабан до значения 200°С. В результате получили конечную влажность материала 3% при его температуре на выходе из барабана 138°С.

Таким образом, принятие для оценки степени пожароопасности температуры и влажности измельченной древесины на выходе из циклонно-спиральной приставки позволяет эффективно обеспечить безопасность процесса сушки.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке с циклонно-спиральной приставкой, включающий измерение температуры топочных газов в топке, задание температуры агента сушки изменением количества атмосферного приточного воздуха в камере смешивания до циклонно-спиральной приставки, измерение начальной влажности сыпучего материала и в соответствии с ней и температурой агента сушки регулирование количества подаваемого материала, отличающийся тем, что на выходе из циклонно-спиральной приставки задают значения влажности материала и температуры агента сушки, характеризующие степень пожароопасности в барабанной сушилке, измеряют температуру агента сушки и влажность сыпучего материала после циклонно-спиральной приставки и, если значения отличаются от заданных, регулируют температуру топочных газов изменением расхода природного газа и воздуха на его горение, расход сыпучего материала, температуру агента сушки до и после циклонно-спиральной приставки, изменяя количество атмосферного приточного воздуха при измерении и учете его температуры.

РИСУНКИ