Проблемы уменьшения удельного расхода топлива в технологических процессах и снижение выбросов вредных веществ в атмосферу при его сжигании являются актуальными во всем мире. Топливосжигающие установки имеются практически на всех крупных химических предприятиях, поэтому проблема их оптимального управления стоит особенно остро. Большинство существующих топливосжигающих установок имеют недостаточную степень оптимизации сжигания топлива. Рассмотрим несколько установок с различной степенью оптимизации управляемого процесса.
Одна из них предназначена для получения карбида кальция, основное назначение которого - образование ацетилена, используемого в газосварочном производстве. Карбид кальция образуется из негашеной извести и кокса при температуре 2000º С:
.
При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с выделением ацетилена и гидрата окиси кальция:
Основными показателями качества карбида кальция являются фракция (размер кусков), литраж (выход сухого ацетилена) и срок изготовления партии.
Установка для получения кальция состоит из пяти трехъярусных печей шахтного типа, каждая из которых может работать независимо. В качестве топлива используется природный газ. Подача исходного материала происходит с помощью транспортеров в верхнюю часть печи. Затем известь постепенно проваливается по решеткам и, достигнув нижнего уровня, попадает на транспортер и идет на расфасовку.
Регулирование соотношения газ/воздух осуществляется изменением поворота регулиру-ющих клапанов, расположенных на эстакаде. Расход охлаждающей воды регулируется в зависимости от температуры сточной воды.
Контроль качества сгорания газа произво-дится раз в сутки санэпидемиологической службой завода. Контроль качества получаемого продукта определяется по цвету продукта в печи на выходе. Установка автоматизирована недостаточно.
На многих химических предприятиях широко применяются установки сжигания сульфитных щелоков и сточных вод. Установки состоят из двух блоков (работающего и резервного мощностью 120 м3/сутки) и основана на призматических камерных печах. В качестве топлива может использоваться как природный газ, так и мазут. Сжигание производится в нижней части камеры сгорания.
В установке реализована схема сигнализации отклонений от допустимых пределов регулирования и организовано наблюдение за содержанием кислорода в дымовых газах.
Для понижения давления газа, поддержания заданного уровня расхода газа и очистки его от механических частиц используется газорегуляторная установка (ГРУ).
В установке обеспечено регулирование соотношения газ-воздух и контроль дымовых газов. Однако в установке как объект управления отсутствуют элементы оптимизации ее работы, а система управления как таковая отсутствует.
Очень часто топливосжигающие используются в производстве химически опасных и агрессивных веществ, например, в процессах каталитической очистки газовых выбросов от различных производств. Паро-газовая смесь от химического производства газодувкой подается в межтрубное пространство теплообменника. Нагретая паро-газовая смесь поступает через рубашку в камеру топки, где смешивается с топочными газами, имеющими температуру около 950ºС, образующимися при сгорании природного газа. Газовая смесь подогревается до температуры окислительной реакции.
Регулирование расходов природного газа и воздуха к горелке осуществляется с помощью камерных диафрагм, расположенных на воздуховоде и газопроводе соответственно. Для измерения температур природного и топочного газов на входе и выходе из топки используются термопреобразователи сопротивления.
Полученная смесь из топки поступает в реактор, проходит через кольцевой слой катализатора, на котором происходят окислительно-восстановительные реакции.
Очищенная паро-газовая смесь с температурой около 470ºС поступает из реактора в трубное пространство теплообменника, отдает часть тепла исходному воздуху и с температурой 250-300ºС выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу. Эффективность работы автоматизации проверяется по значениям массовой концентрации примесей в очищенном воздухе.
Анализ работы рассмотренных выше топливосжигающих установок выявляет недостаточную степень автоматизации их работы. Это требует создание современных АСУТП для автоматизации установок сжигания топлива. Необходимо внедрять современные автоматизи-рованные горелочные устройства и контроллеры горения, использовать новейшие технологии сжигания газа (например, микродиффузионную технологию сжигания). Используемые аппаратные и программные средства комплексов технологических средств для АСУТП должны реализовывать все необходимые информа-ционные и управляющие функции для осуществления оптимального управления топливосжигающими установками с обеспечением высоких показателей надежности и безопасности эксплуатации.