Давыдов Юрий Федорович

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им.Д. Серикбаева

Автоматизация контроля процессов производства серной кислоты на предприятиях цветной металлургии

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.