УДК 669.2/8:628.5
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ
ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Давыдов Ю.Ф. (ВКГТУ)
Значительные колебания температуры в течение
всего времени технологического
процесса производства серной
кислоты на предприятиях цветной металлургии приводят к существенным колебаниям
концентрации основных компонентов пылегазовых потоков.
Основными участками,
сернокислотного производства, на которые влияет температурный и динамический
режим работы, являются сушильные башни, моногидратные абсорберы,
теплообменники, напорные баки. Изменение температурного режима или расхода
газообразной или парообразной фазы
пылегазовых потоков ведет к перераспределению содержания их основных токсичных
компонентов SO2; SO3; Н2SO4.
Содержание сернистых
составляющих газовых потоков отходящих от сернокислотных производств находится в зависимости от температурного
режима работы сушильных башен, в том числе и от температуры кислоты,
поступающей на верхний вход в башню. Зависимость содержания SO3 и Н2SO4 в отходящих
газах от температуры в этом случае является обратно пропорциональной.
Взаимная зависимость концентраций SO2, SO3, H2SО4
в отходящих газах определяется режимом проведения всех основных процессов
производства серной кислоты и расходом газовых смесей.
Существующие методы определения
концентрации серной кислоты (аэрозоля) отличаются сложностью и долгосрочностью
проведения процесса измерения, необходимостью создания лабораторной базы и
невозможностью непрерывного контроля. Время
взятия проб и определение концентрации серной кислоты для отдельного измерения по каждому из рассмотренных
методов составляет не менее тридцати минут. Суммарные погрешности измерения
достигают до 25%. Сложность проведения процессов измерения и большой интервал
времени его проведения исключают возможность непрерывного контроля концентрации серной кислоты.
Наиболее перспективными для
автоматического измерения и непрерывного контроля концентрации паров
серной кислоты являются приборы, основанные на оптических методах контроля.
Показания пылемеров, основанные на качественных методах контроля , в том числе
и оптических, зависят от свойств
контролируемой среды, что приводит к
необходимости разработки, изготовления и испытаний в промышленных условиях
устройств формирующих потоки, необходимые для оптимальной работы пылемеров.
Необходимость формирования
монодисперсного потока в сечениях установки оптического пылемера связана с его
конструктивными и технологическими особенностями, приводящими к снижению
эффективности работы измерительно-контрольного устройства при наличии
полидисперсных сред. Это связано с закономерностями прохождения сигнала
оптического пылемера в потоках содержащих капли серной кислоты различной
крупности.
Установленная связь между концентрацией серной кислоты,
двуокиси серы и сернистого ангидрида на входе в выбросную (санитарную) трубу и
температурным и динамическим режимом работы отдельных участков и узлов сернокислотного производства предприятий цветной
металлургии определяет необходимость непрерывного и высокоточного измерения
концентрации сернистых компонентов. Применение, в качестве измерительного устройства, оптического
пылемера требует подготовки монодисперсного потока на рабочем участке
измерения. Формирование монодисперсных
потоков требует разработки и создания устройств, позволяющих переводить
полидисперсные двухфазные потоки в
монодисперсные, за счет переформирования в них полей скоростей и давлений.
Подобное распределение характеризует закрученные потоки с непрерывным
распределением массы по пути их движения.
Создание непрерывной
измерительной системы "оптический пылемер - сепаратор – аккумулятор"
двухфазных потоков предусматривает измерение и контроль концентраций изучаемых параметров потоков при изменении их характеристик в
широких пределах.
Измерительная система
"сепаратор-аккумулятор-оптический пылемер" устанавливается
непосредственно перед входом в санитарную выбросную трубу, что позволяет
фиксировать концентрации токсичных сернистых выбросов в атмосферу в их
сформировавшемся состоянии.
Применение
измерительного комплекса «оптический пылемер-сепаратор-аккумулятор»
позволило определить эмпирические
зависимости изменения концентрации серной кислоты, сернистого ангидрида и
двуокиси серы на входе в санитарную трубу от температурного и динамического
режимов работы отдельных узлов и устройств сернокислотного производства на
предприятиях цветной металлургии. Это дает возможность с большой точностью
прогнозировать концентрацию сернистых выбросов, либо ожидаемый в последующий
временной промежуток тепловой и
динамический режим работы соответствующих
участков производства серной кислоты .
Сложность
взаимосвязи содержания сернистых компонентов между собой, приводит к
необходимости определения эмпирических зависимостей, связывающих между собой концентрации Н2SO4,
SO2 и SO3 в выбросных потоках, что позволяет
оптимизировать работу соответствующих
узлов сернокислотного производства, ответственных за формирование
соответствующих выбросов.
Так зависимость содержания SO3 и SO2 определяется через их средние
по потоку концентрации С.
(1)
где
а = 0,00002; в = 0,093
Содержание серной кислоты (капельная форма) и двуокиси серы
связано зависимостью:
(2)
где
а = - 0,0003; в = 0,1001
Содержание серной кислоты и сернистого ангидрида выражается
через зависимость:
(3)
где
а = 0,053; в = 959,31; n = 0,5
Содержание Н2SO4
в зависимости от расхода массы выбросов
можно определить из математической зависимости, которую можно выразить в
функциональном виде:
(4)
где
Высокая точность и достоверность измерения
концентрации Н2SO4 дает возможность непрерывно
контролировать и регулировать
процесс производства серной
кислоты, что в свою очередь позволяет снизить количество токсичных выбросов в
атмосферу. Применение сепаратора-аккумулятора в единой системе с оптическим
пылемером повышает эффективность работы последнего и позволяет определить эмпирические зависимости содержания Н2SO4 в выбросном
потоке газа от температурного режима работы основных узлов производства серной
кислоты. Полученная связь между характеристиками серной кислоты и работой
основных цехов дает возможность регулировать температурный режим печей КС по
содержанию капельной серной кислоты на входе в
санитарную трубу.