Н. В. Кузьменко. (ст. 66-69)
6.6. Автоматизация процесса сушки.
Сушка – тепловой процесс обезвоживания твердых материалов путем испарения влаги и отвода образовавшихся паров. При этом в веществе происходит перенос тепла и диффузионное перемещение влаги. Производительность процесса сушки определяется интервалом времени, необходимым для понижения влагосодержания материала от начального значения Mн до конечного Mк.
В химической промышленности наиболее распространена конвективная сушка, которая проводится в барабанных сушилках и сушилках с псевдосжиженом (кипящем) слое.
Цель управления сушки заключается в обеспечении высушивания поступающего влажного твердого материала до заданного влагосодержания при определенной производи тельности установки по влажному материалу.
Основным возмущением процесса является изменение расхода, начальной влажности и дисперсного состава частиц твердого материала, а также изменение расхода и начальной температуры сушильного агента – теплоносителя.
Основная регулируемая величина процесса – это остаточная влажность твердого материала.
Рис. 6.20. Структурная схема.
6.6.1. Процесс сушки в барабанной сушилке
В барабанной сушилке (рис. 6.21) влажный материал из бункера дозатором 2 подается в барабан 5, в который также поступает горячий воздух, нагреваемый в топке 3 за счет, на пример охлаждения топливного газа. При вращении барабана частицы твердого материала пе ремещаются вдоль его оси. В том же направлении прямотоком по барабану проходит горячий воздух, отдавая тепло частицам материала и испаряя находящуюся в них влагу. Высушенный материал ссыпается из барабана в бункер 6, а воздух через циклон 7 отсасывается вентилято ром 8. Продолжительность сушки в барабанных сушилках составляет несколько десятков ми нут, прохождение воздуха исчисляется секундами.
Процесс сушки обычно регулируют по влажности теплоносителя на выходе из бараба на. Регулятор влажности воздействует на клапан, установленный на линии подачи топливного газа в топку. Вследствие того, что температурное распределение теплоносителя по длине ба рабана приближенно соответствует абсолютной влажности твердого материала, подачу топ ливного газа можно регулировать по температуре влажного воздуха на выходе из установки. Для более качественной сушки необходимо вручную корректировать задание регулятора влажности или температуры воздуха по данным лабораторного остаточной влажности высу шиваемого материала.
Рис. 6.21. Схема стабилизации процесса сушки в барабанной сушилке.
1 – бункер влажного материала; 2 – дозатор; 3 – печка; 4 – смесительная камера; 5 – сушильная камера;
6 – бункер сухого материала; 7 – циклон; 8 – вентилятор.
Для полного сгорания топливного газа в топку подают первичный воздух, количество которого поддерживают постоянным, с помощью регулятора расхода. Требуемая температура воздуха на входе в барабан обеспечивается регулятором температуры, воздействующим на подачу вторичного воздуха в камеру смешения.
Нагрузку сушилки по влажному материалу стабилизируют с помощью АСР расхода, в которую входит измеритель массы, автоматический регулятор, вторичный прибор со станцией управления и ленточный дозатор с регулируемой скоростью передвижения ленты (выступает в качестве регулирующего органа).
При уменьшении количества твердого материала на ленте относительно заданного зна чения регулятор вырабатывает сигнал, ускоряющий ее движение, и наоборот. В результате обеспечивается постоянство расхода твердого материала в сушильный барабан.
Нагрузка объекта по сушильному агенту (воздух) поддерживается на постоянном зна чении регулятором разрежения воздуха в смесительной камере воздействующим на клапан, установленный на линии отвода воздуха после циклона. При постоянном гидравлическом со противлении барабана и отсутствии подсоса воздуха из атмосферы система регулирования разрежения обеспечивает постоянство скорости прохождения сушильного агента вдоль бара бана. Оптимальное значение скорости устанавливают с учетом того, что с ее увеличением, возрастает скорость сушки твердого материала и одновременно увеличиваются потери тепла с отработанным воздухом.
Контролю и регистрации подлежат расходы топливного газа и вторичного воздуха, а также разрежение и температура в бункере сухого материала.
Схема стабилизации барабанной сушилки обеспечивает высушивание влажного твер дого материала до заданной остаточной влажности, только при небольших по величине изме нениях входных величин процесса сушки. Вследствие большого запаздывания в объекте каче ственное регулирование процесса возможно лишь с помощью многоконтурных систем, рис. 6.22.
В рассматриваемом случае подачей топливного газа на установку управляет каскадная система регулирования температуры воздуха в барабане (стабилизирующий регулятор) с кор рекцией по влажности воздуха на выходе их сушилки (корректирующий регулятор).
При наличии надежного измерительного преобразователя остаточной влажности вы сушиваемого материала возможно введение в данную систему еще одного контура с регуля тором влажности твердого материала, выходной клапан которого в качестве задания направ ляют на регулятор влажности сушильного агента. При отсутствии такого измерительного пре образователя и в случае необходимости периодически корректируют задание регулятора влажности сушильного агента по данным лабораторного анализа.
Для повышения чувствительности АСР температуры воздуха измерительный преобра зователь (термопару) устанавливают в пределах первой трети барабана, т. к. вначале аппарата температура теплоносителя изменяется более интенсивно, чем в его конце. При этом умень шается также запаздывание объекта. Термопару монтируют непосредственно на поверхности барабана, а ее свободные концы подсоединяют к передающему преобразователю через специ альное токосъемное устройство с подвижными контактами. При необходимости компенсации изменения нагрузки установки по расходу влажного материала можно предусмотреть допол нительный контур регулирования по возмущению этой величины.
Полнота сгорания топливного газа обеспечивается АСР соотношения расходов топлив ного газа и первичного воздуха, управляющей подачей первичного воздуха в топку. При из менении теплотворной способности топлива целесообразно корректировать это соотношение по содержанию кислорода в топочных газах.
Рис. 6.22. Схема многоконтурного регулирования процесса сушки в барабанной сушилке.
1 – бункер влажного материала; 2 – дозатор; 3 – печка; 4 – смесительная камера; 5 – сушильная камера;
6 – бункер сухого материала; 7 – циклон; 8 – вентилятор.