DOC《燃烧过程解决方案》

燃烧过程解决方案

一、简介 制浆造纸工业是我国国民经济发展的重要产业之一,是个技术、资金密集型的行业.

制浆与造纸的工艺流程如图所示: 燃烧过程 燃烧,就是通过燃烧浓黑液这一燃烧-氧化还原过程回收黑液中的化学品和有机物燃烧所产生的热能的过程,工艺流程如图1所示.该燃烧过程包括黑液的干燥、热分解、气化、氧化和还原等物理和化学过程.因此对燃烧过程主要控制目标是良好、安全的燃烧状态;

提供良好、稳定的化学反应所需的环境,以保证获得最大回收率和最高热效率;

同时又要避免"黑炉"事故.

二、控制方案 目前,国内外对黑液燃烧过程的控制研究的不多,尤其是国内,燃烧过程的主要设备碱回收炉的控制状况非常落后,缺乏有效的控制手段和控制策略.黑液燃烧控制特别是碱回收炉控制的难点主要有以下几点: ① 燃烧机理的复杂性.燃烧过程一般分为3个阶段,在每个阶段,有不同的复杂的化学反应,需要不同的燃烧工艺要求,这对建立模型来说是很困难的. ② 影响黑液燃烧的因素很多.从燃烧的原料到工艺条件,都会影响燃烧过程,这使得本来就十分复杂的燃烧过程变的尤为复杂. ③ 碱回收炉燃烧的特殊性.碱回收炉不同于一般锅炉,会造成泄露、黑炉甚至爆炸等不安全工况. ④ 参数检测的困难.碱回收炉的温度很难检测,是由于燃烧介质会吸附在测量探头上,造成测量误差增大并很容易造成传感器损坏,所以寻找简便且可靠的温度测量方法十分困难. 另外,排放尾气中的一氧化碳和氧气含量很难直接测量,并有较大的时滞. 目前,黑液燃烧控制的目的主要是在防止碱炉产生黑炉、爆炸的前提下实现还原区(垫层)温度和过氧量控制.

1、单纯反馈控制 垫层温度和一次风量之间存在极值关系,可以通过调节一次风量来控制垫层温度.为保持燃烧质量,可以由烟气中含氧量来控制黑液干形物流量.反馈控制器一般采用PI控制律.

2、比值控制 在反馈控制的基础上,为控制垫层温度和保持燃烧质量,可以设置比例控制确定空气流量和黑液干形物的流量.同样,我们可以采用单闭环、双闭环比值控制和变比值控制方案,控制器一般采用PI控制律,以消除静差.其中单闭环控制结构可见图2-1. 图2-1 燃烧过程单闭环控制示意图

3、前馈+PI反馈控制 把黑液干形物流量的变化(或加上组分的变化)当作扰动,利用前馈技术产生合适的控制量去调节进风量,是燃烧系统维持在较好的状态.在利用垫层温度组成反馈控制回路,这样可以不需要精确的前馈模型见图2-2. 图2-2 燃烧过程前馈反馈控制示意图

4、优化控制 燃烧过程优化控制,针对以碱回收炉为核心的特殊废热锅炉,回绕着稳定、安全运行;

最高还原率;

最高热效率这三个主要控制目标,首先建立了一个包括黑液干燥、热分解、气化、氧化和还原等物理和化学过程的碱回收炉燃烧过程的动态数学模型.根据该模型设计了还原区温度自寻优控制策略,以保持还原区垫层表面温度的最优,从而提高碱回收炉的还原率.同时为了使锅炉获得最高热效率,对于这样一个以燃烧黑液为主的特殊锅炉,以进风量与烟道气含氧量输入-输出数学模型为基础,设计了碱回收炉过氧量自适应跟踪控制系统,从而获得了碱回收炉的高热效率.为保证回收炉的安全运行,避免爆炸(puffing),对"黑炉"这一碱回收炉的特殊事故进行了必要的检测、预报和消除控制.同时对这一又具有一般锅炉特性的废热回收炉进行了成熟的和必要的监控,以保证系统安全、稳定和有效运行. 最优回收率和最高热效率控制策略 还原区温度自寻优控制策略,是针对碱回收炉燃烧过程的特殊性提出的,提高回收率的优化控制策略.通过对特殊燃烧过程的机理分析,按照能量和物料平衡原则,建立了碱回收炉燃烧过程动态数学模型.以自动寻找还原区优化温度为目标,控制燃烧炉底部进风量,以获得最优回收率. 碱回收炉过氧量自适应跟踪控制系统,是针对碱回收炉燃料-黑液的特殊性,即其浓度、热值等的不确定性,很难实现锅炉燃烧常用的空/燃比控制,以使燃烧状态保持最优.通过机理分析和实践运作的经验表明,烟气含氧量和回收炉上部送风量是衡量热回收效率的主要指标.为此采用碱回收炉过氧量自适应优化跟踪控制,使回收炉获得高的热回收效率. "黑炉"监控 "黑炉"(blackout)是碱回收炉生产操作过程中的一个特殊又具有很大危险性的故障.这是由于碱回收炉的主燃料是制浆后经蒸发浓缩的黑液,由于其燃烧过程的复杂性,即黑液先干燥和热分解,然后燃烧可燃气和含碳物.初期是吸热反应,最终是放热反应.加之回收过程形成垫层等,使黑液燃烧的正常与否与黑液的性质及其状态存在很大的关系,而这些影响因素又难以控制.所以"黑炉"的产生有其必然性.如何消除这必然性及"黑炉"对持续生产和安全运行带来的危害呢?系统根据已知工艺参数,设计了一套"黑炉"检测、预报及消除控制方案,以保证碱回收炉的正常运行.