Wybrane rozwiązania układu AKiP w urządzeniach spalania odpadów

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI SLĄSKIEO 1987

Seria s ENERGETYKA z.97 Nr kol. 1011

Piotr OSTROWSKI Oenusz MpjRYCH

Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Slęsklaj w Gliwicach

WYBRANE ROZWIĄZANIA UKŁADU AKiP W URZĄDZENIACH SPALANIA 00 PADÓW

Streszczenie. Przedstawiono wyniki opracowania układu automa

ty cznej- regulacji, pomiarów 1 zabezpieczeń w urządzeniu do spala

nia odpadów produkcyjnych przemyału chemicznego. Omówiono Insta

lacje AKiP podstawowych podzespołów urządzenia: przygotowania od

padów, pleców, oczyszczania spalin.

1. WSTfP

W wielu zakładach przemysłowych do chwili obecnej nierozwiązanym pro

blemem jest zagospodarowanie odpadów produkcyjnych. W przemyśle chemicz

nym jednę z proponowanych metod jest termiczna degradacja odpadowych sub

stancji 1 materiałów.

W Zakładzie Urzędzeń Chemicznych Energetycznego Wykorzystania Odpadów ITC Politechniki Ślęsklej opracowano technologię i projekt urzędzenla do utylizacji odpadów powstających w Zakładach Przemysłu Odczynników Chemicz

nych. Wybrano metodę degradacji termicznej, którę realizuje się w piecu szybowym, komorze cyklonowej i placu fluidalnym uzupełnionej układem oczyszczania spalin opartym na płuczkach fluidalnych, trójczynnikowych.

W Zakładzie Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych IM1UE Politechniki ślęsklej zaprojekowano układ AKiP ww. urzędzenia. Rozwinię

ty układ pomiarów uzupełniony o elementy automatyki umożliwia regulację oraz kontrolę istotnych parametrów procesu. Z kolei zastosowania systemu zabezpieczeń zapewnia poprawne działanie instalaojl i bezpieczeństwo obaługl. Przewidziano także wizualizację zdecydowanej części wielkości

(2)

290 P.Ostrowski, 0^{. Mędrych}

Mierzonych oraz możliwość ręcznego sterowania urzędzeń energetycznych w centralnej sterowni. Z uwagi na zagrożenie wybuchem w obrębie urzędze.

nla zastosowano elaaenty pneumatyczne w większości układów pomiarowych 1 wykonawczych oraz nlallczna elementy elektryczna w wykonaniu przecie, wybuchowym.

2. OPIS URZĄDZENIA 0 0 SPALANIA I UKŁADU AK1P

W Instalacji można wyróżnić cztery podstawowa grupy urzędzeń spełnia, jęcych naetępujęce zadaniat

- przygotowania 1 dostarczenia odpadów do spalania, - spalanie odpadów,

- rakuperacja ciepła,

• oczyszczania spalin.

Powyższe elementy urzędzenla przedstawiono na kolejnych rysunkach w tekście.

Układ przygotowania i dostarczanie odpadów ciekłych do spalania przedstawiono na rys. 1. Odpady ciekłe podawana eę pompę załadowczę 1 do zamkniętego zbiornika odpadów 2 wyposażonego w układ ogrzewania wodę goręcę 3 oraz mieszadło 4. Ujednorodnlone odpady przaz zespół

filtrów 5 podawane eę pompę dozujęcę 6 do palników w placu fluidalnym.

W instalacji przewidziano naetępujęce układy automatycznej regulacji kontroli 1 pomiarów:

- Pomiar i sygnalizacja pozloau w zbiorniku odpadów. Z uwagi na silnie korozyjna środowisko oraz znacznę zmianę gęstości odpadów ciekłych zastosowano układ pomiaru ciśnienia hydrostatycznego, z korekcję gęstości, na drodze pneumatycznej przy użyciu regulatora małych przepływów 7.

Sygnał różnicy eiśnleó wynikajęcy ze stałego zróżnicowania długości rurek Impulsowych pozwala na określenie gęstości odpadów ciekłych w zbiorniku /zastosowano pneumatyczny przetwornik różnicy ciśnień 8a/.

(3)

Wybrana rozwięzania układu AK1P ...

291 0 -V

1,’ ’ 1 1

J

MIM

_{/ p}

1 Sc , Y l

Rys.1.Układ AKiP podzespołu przygotowania i dostarczania odpadow 1-pompa ,2-zblornikr3-«lewent grzejny »¿«-mieszadł o, 5-f 11 tr, 6-pompa dozująca,7-regulator przepływu,8-przetwornik pomiarowy, 9 —zawór, 10-przyrząd mnożący,11 —akumulator hydrauliczny,

12—łącznik ciśnieniowy

Fig. 1. Automatic control ayetom of waata praparatlon and supplying unit 1 - pump, 2 - tank, 3 - heating element, 4 - agitator,

5 - filtr, 6 - metering pump, 7 - flow controller, 8 - convertor, 9 - valve, 10 - multiplying device, 11 - hydraulic accumulator, 12 - preaeura switch

Wyznaczenie rzeczywistej wysokości napełnienia umożliwia przetwornik średnich ciśnień 8b, z którego sygnał wyjściowy korygowany jest /mnożony/ przez sygnał proporcjonalny do objętości właściwej płynu.

Układ eterowanla pompę załadowczę 1 mieszadłem wykorzystuje sygnał minimalnego 1 maksymalnego, rzeczywistego napełnienia zbiornika za

pewnia jęce działanie mieszadła całkowicie zanurzonego w cieczy i nle- przekroczenia dopuszczalnej wysokości napełnienia.

(4)

292 P. Ostrowski, 0. Mądrych

- Układ pomiaru tamparatury odpadów 1 wody grzejnej zrealizowano opiera- Jąc się na pneumatycznym przetworniku temperatury 8c. Spadek tempera

tury odpadów poniżej dopuszczalnej temperatury powoduje włóczenie zespołu ogrzewania odpadów.

- Układ dostarczania pogonów, wyposażony w pompę miernikową 6, poelada element zmniejszający amplitudę pulaacjl ciśnienia w postaci akumula

tora hydraulicznego 1 1 oraz element zabezpieczający 12 przed wzrostem ciśnienie w układzie /np. na skutek zatkania palników/.

Układ spalania odpadów 1 rakuperacji ciepła przedstawiony na rys. 2.

Odpady ciekłe spalana aą w placu fluidalnym 3, natomiast odpady stała poddawane aą pirolizie w piecu szybowym 1. Dopalania następuje w komorze cyklonowej 2, a spaliny przez układ rakuperacji 6 przepływają do płuczek.

Wentylatory podmuchu 4 1 wentylator wyciągowy 7 zapewniają odpowiedni atrumieó powietrza oraz rozkład ciśnień w urządzeniu.

W powyższym podzespole zastosowano następująca układy AK1P:

- Pomiar 1 regulacja podciśnienia w piecu fluidalnym.

Układ pomiarowy zapewnia ciągły pomiar podciśnienia 1 umożliwia

sygnalizację jego zaniku /zastosowano pneumatyczny przetwornik różnicy ciśnień 1 wskaźnik z regulacją/.

Sygnał ten jeet też wielkością mierzoną w układzie regulacji podciś

nienia , w którym sygnałem regulującym jeat zmiana strumienia spalin odolęgowych z komory cyklonowej. Organem yykonawczym jeat zawór regula

cyjny 9 zabudowany na obejściu wentylatora wyciągowego 7.

W placu szybowym i komorze cyklonowej realizowany Jest pomiar podciś

nienia przy użyciu przetwornika różnicy ciśnień H a za wskaźnikiem.

- Pomiar i regulacja et rumieni powietrza. Układ stabilizacji ciśnień przed palnikami w piecu szybowym 1 placu fluidalnym zrealizowano w zamkniętym układzie regulacji złożonym z przetwornika średnich ciśnień H e , regulatora 8 oraz zaworu 9. Układ ten w połączeniu z re

gulacją podciśnienia w placach zapewniają stabilizację strumienia

(5)

Wybrana rozwiązania układu AK1P . 293

•/. _ i ________ V

«h

Rys.2.Układ AKiP podzespołu spalania odpadów i rekupcracji

1—piec szybowy

,

2

—

komora cyklonowa,3-piec fluidalnyr«-wentylator podmuchu,5-palnik,6-rekupera tory,7-wentyla tor wyciągowy,

8—reguła tor„9-zawórr10-stacyjka sterownicza,11-przetwornik pomiarowy,12-analizatory spalin

Fig. 2. Automatic control system of waste incineration unit and heat exchange unit.

1 - shaft furnace, 2 - cyclone chamber, 3-fluid-bed furnace, 4 - blaat fan, 5 - burner, 6 - heat exchangers, 7 - exhaust fan, 8 - regulator, 9 - valve, 1 0 - control switch, 11 - converter, 12 - exhaust - gas analyser.

powietrza do palników. Strumienie powietrza dostarczanego do placów oraz etruaień spalin mierzone s* w klasycznym układzie zwęźkowym /przetwornik różnicy ciśnień n b za wskaźnikiem/ 1 można Je korygować przy utyciu pneumatycznej stacyjki eterownlczaj 10 i zaworu regulacyj

nego 9.

(6)

294 P.Ostrowski, O.Mędrych

- Zabezpieczeni* przed zanikiem płomienia, pomiar i regulacja tempera

tur. W urządzeniu zastosowano dwa typy palników. Palniki katalogowa /produkcji ZBUK Katowice/ posiadające własne układy zabezpieczeń i sygnelizacJi. Palniki wg konstrukcji ZUCHEWO wyposażono w strażniki płomienia produkcji krajowej z czujnikami ultrafioletowymi 1 zapalarka

mi. Palnik w piecu szybowym oraz Jeden w piecu fluidalnym włączone są do układu dwupołożeniowej regulacji temperatury. Pomiar i reje

strację temperatur w układzie spalenia i rekuperacjl realizuje się przy użyciu termoelementdw NiCrNiAl oraz Peko i autokompenaatorów.

- Analiza spalin. Prawidłowe prowadzenia procesu spalania, z uwagi

na zmienny skład odpadów, wymaga określenia stosunku nadmiaru powietrza, który wyznacza się na drodze pomiaru składu spalin. Ponieważ zakłada się spalanie zupełne, ograniczono się do pomiaru udziałów dwutlenku węgla i tlenu w spalinach. Z uwagi na możliwoćć powstawania toksycz

nych produktów reakcji chemicznych /m.innymi cyjanowodoru/ przewidzia

no układ pomiarowy HCN w spalinach.

Układ oczyszczania spalin przedstawiono na rys. 3. Spaliny odpływają

ce z układu rekuperacjl ciepła oczyszczone eę w absorberze fluidalnym 2.

Proces neutralizacji prowadzony jest w zbiorniku neutralizacji 3^{c . Po} zobojętnieniu roztworu przetłaczany jest do kanalizacji.

Układ oczyszczania spalin wyposażono w układ AKiP umożliwiajęcy pra

wie całkowite wyeliminowanie obsługi, pozostawiajęcy jednak możliwość ingerencji ręcznej w przebieg procesu oczyszczenia i neutralizacji - Pomiary poziomów w zbiorniku neutralizatora, neutralizacji oraz

płuczki realizuje przy użyciu sond konduktometrycznych współpracują

cych z elektronicznymi sygnalizatorami 8. Określane sę przekroczenia następujących poziomów: minimalnego, minimum technologicznego 1 maksymalnego.

(7)

Wybrana rozwiązania układu AKiP. 295

Rys„3„Układ AKiP podzespołu oczyszczania spalin

1-schładzaćz,2-absorber, 3-zbiornik,**-mieł.zadłor5-pH-metrł 6-soiorrlerz,7-pcmpa,8-miornik poziomu,9-zawór,

10-układ sterujący

Fig. 3. Autowatlc control ayetara of flue-gaa acrubblng unit l-coolar, 2-abaorbar. 3-tank, 4-agitator, 5-pH-matar, 6-sallnomstar, 7-pump, 8-laval aatar, 9-valva, 10-control systaa

(8)

296 P.Ostrowski, D.Mędrych

- Pomiary kwasowości w zbiornikach płuczki i neutralizacji dokonywana a« pH-metrem przemysłowym 5 i głowica przepływowa. Zasolenie

w zbiorniku płuczki Mierzone Jeat solomierzem przemysłowy* 6. Przy

rządy wyposażone aa w mierniki z sygnalizatorami przekroczeń, a sygna

ły pomiarowe e a rejestrowane dodatkowo. Do oceny zdolności absorbcyjnaj wody obiegowej w płuczce wykorzystywany jest sygnał przekrocze

nia maksymalnego zasolenie lub dopuszczalnej kwasowości. Zrzut absorbenta do ścieku po procesie neutralizacji aoZe nastąpić po jego całkowitym zobojętnieniu i zaley od decyzji obsługi.

- Elementami wykonawczymi, które zastosowano w procesie sterowania»

sę zawory 9 z siłownikami pneumatycznymi.

Algorytm działania układu sterującego procesem oczyszczania spalin przedstawiono w tablicy 1.

3. WNIOSKI

Wybrane układy automatycznej regulacji pomiarów i zabezpieczeń przedstawione powyżej sę fragmentem realizowanego układu AK1P w urządze

niu do spalania odpadów przemysłu chemicznego. Rozwlęzanie, z uwagi na zagrożenie wybuchowe, zakłada realizację większości obwodów opartych na elementy pneumatyczne. Zastosowanie elementów pneumatycznych jest także zgodne z doświadczeniami wynikajęcymi z realizacji układów AKiP w instalacjach do spalania odpadów przemysłu farmaceutycznego i elektro

nicznego .

Układy kontrolno-zapaljęce palników wyposażone w strażniki płomienia z czujnikami UV i zapalarkami wraz z pomiarem pośrednim atosunku nadmia

ru powietrza zapewniaję bezpieczne i prawidłowe prowadzenie procesu spalania. Układ sterowania procesu oczyszczania spalin jeat całkowicie samoczynny, pozostawia jednakże możliwość ręcznego sterowania wg Innego algorytmu /np. prowadzenie procesu neutralizacji bezpośrednio w zbiorniku płuczki/. Bogate wyposażenie obiektu w aparaturę pomlarowę rejeetrujęco- wskazujęcę umożliwia prowadzenie badań naukowych nad dynamikę układu.

(9)

T ablica

Wybrane rozwięzanla układu A K i P . 297

H

•H O

©

c C C

0 © ©

H -H •H H •H

•n C C n U

O rtł N U JhC

-X © U X ©

0 a © ® •H

3 l_ X)

® N 0 O

C 3 N O c

0 • O 0 0 0

H C 0 5 •H c

6 •H N U E

N E © © N 'H

0 N

0 L. U 0 U

5 N a

-H © E •H © 0

f—4 H O N 0 rH H

N U H © c

*1

^o ⁰

O X N N N O X c

E © O i- O t= © 0

H X I -H X3 E

C O i

1 C O N

i

N X U

® 0 U rMO M

C -c -c

C © X C © c © X

H N 0 H N H N 0

a O G E O E O 6

H -H H

c C C

0 0 0

L. k- L.

e O E E Ol E a E

o O O O O O o O

H H •H H •H

N N N N N N N N

O 0) O O © O © O

a Si a CL X» O .O Q-

c c O c

M N N N

U o O U

> > > >

M *-» *-•» *-»

® © 0 © 0 © 0 © ©

E c E c E c E C C

O N O N O N O N N

M O ^kJ U *-* O M U U

3 (IV 3 ©■ 3 1* 3 a>* ©'

(ti L. 0 V- 0 1- 0 u L.

n

© 1

? H ?

O r~i O

0

^>^u ^X»

0 H N 0 rM

x O H rM 0

•H > O rH T> N

c o 0 0

> L o > L. M >

a o O 0 Q-

C H IH 3 © E

O X) © O © H O

O l N H o. c E ^CL

c

H © H H X H H

C 5 H c C H C C

0 0 - 2 * rM 0 C 0 0

rM CD N © rM t . rM rM

® ©U a 0 O 0 O

H -rH 3 3 •H H H •H

N X ) »M N N O N N

Q O Ol ID O N n O

I

©

rH » *

O 3 i

<n M i 0 H (

N C <

i. 4

n o

3 -H i

rH Xł 1 N I X (8

Q-PÜ

•HrM L C

©N O O

XCO

<0B -X•H

C H

L frO O

H ffi

-Û N N H

> N N H

U 6 -X B 0

a o N o l. H U H M

« N 3 N 3

O »M O ©

a c a a a c

1 o

O 1 TJ

CL O

w <H

> 3 -X

N rH ® N

U 0 O 0 >

a * c 0 3 a co

N -C rłrM T- e -X

5 3 © ® 0 a c

r l rM p M ® N i-

^ c 0 "H rH ■H f i

O 0 H M C 0 C JQ

c -X e M L. L. ® N

•H © O M M

c o a n c N C U

0 H o a

N -O 0 © 0 > N

M -H O U L. 0 3 1-

N O O M H S L. 3

a n 1 6 N 5 U C

X

» 08

X c

0 0 0 H 0 >

X E -X E X c

•c -H t( H c M

N Lr l_ T- Ł. N n

C O X) N■Q M C o

0 N N H N ■;> 0

i. •H iH H < k. u

o> e -X s o E -X o O ■o o O N O L. O N n o 5

H u H M H u o M

N N 3 N 3 N 3 N

-O a a a c a a o i X) L.

>r U

c c c n c C

N N N o N

U U O *-r U U

©* ©* O 3 ÖV

Lr L. i~ 0 c L.

V ® •rł

-X JX

T..

H H 0 0 o ÎÎ

C C L. L. 0 b

l_ l- O O 3Í

o O M w H ©

H H 0 H 0 »H H

X> JO hi -X N 0 O

N N H N H L 0

H O H M

m CL M C

C O C - X C J* c

0 0 -H ■H 0

N N © c © C M

O H H l- H L. U

0 rH H C O C O 0

•M 0 J* 0 H 0 H M M U N Í -O £ -O w

N 3 3 N N N

o. c a Q -O Q O a.

>

M 0 eo

□ 0

H

C t-

O 0

H . X J D H

N CL.

N O

0 H r H

rtłJi (0

m N i-

© O M

N 3 3

l_ .M ®

û. Û C

U 0

(10)

298 P.Ostrowski, O.Mędrych

LITERATURA

1. Wandrssz 3., Zieliński O.t Procesy fluidalne utylizacji odpadów cz. I 1 II. Wydawnictwo PAN, Wrocław 1983, 1984.

2. Praca zbiorowa: Poradnik inżyniera automatyka. WNT, Warszawa 1976.

3. Rakowski 0.: Automatyzacja cieplnych urządzeń siłowni, WNT., Warszawa 1976.

4. III Ogólnopolski Syapozjon Termodynamika Warstwy Fluidalnej.

Materiały Konferencyjne, Częstochowa 1985.

5. Sprawozdanie z pracy NB-85/RME-3/82. Matariały nie publikowane Gliwice 1985.

Wpłynęło do Redakcji: grudziań 1986 r.

Recenzent

Doc.dr hab.lnZ. Leon Troniewskl

SOME DESIGNS OF CONTROL SYSTEMS IN WASTE INCINERATION PLANIS

S u m m a r y

Processing of preparation and thermal utilization of wastes as well •«

flue gas scrubbing requires an application of non-typlcal automatic control systems and safety devices.

The paper presents some solutions of eutomatlc control systems in a chemical-wsstes incineration plant. The system consists of circuits operating in four main plant units: waste preparation unit, incineration unit, heat-exchange unit and flue-gas scrubbing unit. The system in its measurment-actuating assembly consists mainly of air-operated elements and several explosion-proof electrical devices.

(11)

Wybrane rozwiązania układu AKiP . 299

BUEPAIIHHE PEDIEHIin CHCTEHŁI AK P B YCTAHOBKAX CltirAHHH

0

TX

0

/

10

B

Pe3WMe

B CTaTbe npeflCTaBJieHu peiuenwn BuöpaHHux cucTeM aBTOMaT/wecKott perynw- poBKH w H3Mapennn ycTaHOBOK ajih crarannH otxoaob ximmecKofl npoMbiiujieHHOc- T1I. CHCTewa COCTOMT H3 U enefl, CBH3aHHUX C MeTŁipBMH OCHOBHHMW noay3iiaMH yc- T3H0BKH : n c w ’oTOBKa otxoaob, y3eji CKwraHHH, y36ji peKynepaunH u omiCTKa oipaöoTOHHHx raaoB. BefleHHe TexnojioraąecKnx npoueccoB, nosroTOBKa otxoaob k nx TepMHwecKofl ,yTHAH3anitn, a Tarae ovucTKa oTpaöoTaHHtix ra30B TpeÖyioT npiiMcaeHHH HeTMiwMHHX n3MepnTejibHŁrx chctom, aBTOMaTHMeCKOił peryjinpoBKH h npeAoxpanetiHH. Kto KacaeTCH peiiieinta n3MepiiTejiBHo-ncno.nHWTe.JiBHotl hhcth chc- TfiKu, to ona oriŁipaoTCH, b ocHOBHGM, Ha neHynaT/^ecKne ajiewcHTbi u HOMHorwe 3ÍIOKTpKHeCKH0 SJIßMeHTH B npOTMBOB3pUBHOM HCnOiIH6HHH¡'

Wybrane rozwiązania układu AKiP w urządzeniach spalania odpadów

291

0 -V

1,’ ’ 1 1

J

/ p

1 Sc , Y l

•/. ___ i __________ V

«h

,

—

*1

0

T..

0

0

10

_{/ p}

•/. _ i ________ V