CN112007370A

CN112007370A - 一种物料浓缩控制系统及方法

Info

Publication number: CN112007370A
Application number: CN202011005431.9A
Authority: CN
Inventors: 王云鹏; 袁中华; 张习松; 殷万朋
Original assignee: Inner Mongolia Tongwei Gaochun Crystal Silicon Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Tongwei Gaochun Crystal Silicon Co ltd
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本发明公开了一种物料浓缩控制方法及系统，通过在现有物料浓缩设备上增加虚拟控制点，通过气相显示压力计算得到饱和蒸汽温度，再将其与出料温度的差值与出料阀连锁控制，从而精确控制出料浓度，产出合格产品。

Description

一种物料浓缩控制系统及方法

技术领域

本发明是一种物料浓缩控制方法及系统，具体涉及一种能够控制浓缩物料浓度的工艺方法及系统，属于浓缩设备控制技术领域。

背景技术

物料浓缩蒸发是利用蒸发原理，通过加热蒸发的方式，使物料中高沸点的溶质沸腾汽化并移除蒸汽，从而使溶液中未挥发溶质浓度提高的过程。目前，已被广泛应用于化学工业、医药生产、加工工业、矿石加工工业、污水处理等诸多领域。

我们知道，在物料浓缩蒸发设备中，需要控制温度来达到溶质蒸发的沸点，但在实际操作过程中，由于温度随设备压力而变化，仅控制温度却不能很好的控制浓缩物料的浓度。以氯化钙废水处理三效蒸发过程为例，氯化钙溶液的沸点会随着气液相温度差值的升高逐渐增加，而温度的增减又会受到系统压力的影响，例如，固定出料氯化钙浓度为60%时，沸点温升为42℃，那么系统压力为101KPA的时候，出料温度为142℃；系统压力为200KPA时，出料温度就需要162℃，所以单纯的控制出料温度不可能控制住系统出料浓度。

现有专利文献CN101670184A（蒸发装置产量、质量、能耗多目标协调优化控制方法，2010.03.17）依据物料平衡与热量平衡建立蒸发器液位预测模型，并依据液位开关得到的蒸发器实测的位式液位信号进行在线校正，得到连续的蒸发器液位预测值，再根据实测的蒸发器液位二位式液位测量信号，对给预测模型进行“滚动”在线校正，以使液位预测模型适应生产工况的变化和克服各种干扰因素的影响，得到准确的蒸发器液位测量值，即可采用反向传播神经网络来建立蒸发器物料浓缩神经网络软件测量模型，和蒸发装置多目标协调优化控制模型，对蒸发实施优化控制，从而提高装置产能、降低蒸汽消耗、稳定产品的质量，使蒸发装置处于最佳操作工况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物料浓缩控制方法，通过气相显示压力计算得到饱和蒸汽温度，再将其与出料温度的差值与出料阀连锁控制，从而精确控制出料浓度，产出合格产品。

本发明的另一目的在于提供一种物料浓缩控制系统，通过在现有物料浓缩设备上增加虚拟控制点，系统预设虚拟控制点的值，并将该虚拟控制点与出料阀进行连锁控制，从而来调整设备的出料流量，继而达到控制出料浓度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：一种物料浓缩控制方法，包括以下步骤：

（1）获取物料浓缩设备的气相显示压力和出料温度；

（2）根据气相显示压力计算其饱和蒸汽温度；

（3）将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与物料浓缩设备的出料阀联锁控制。

所述步骤（2）中，以气相饱和蒸汽压力为横坐标，气相饱和蒸汽温度为纵坐标，建立标准曲线，将气相显示压力带入标准曲线，获取该气相显示压力下对应的饱和蒸汽温度。

所述步骤（3）中，将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与设备出料阀联锁控制时，系统预先设定差值，当实际差值大于预设差值时，出料阀开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，出料阀开度随之减小。

包括设有压力表、温度计和出料阀的物料浓缩设备，压力表用于检测气相显示压力，温度计用于检测出料温度，在物料浓缩设备上设虚拟控制点，虚拟控制点包括饱和蒸汽温度以及出料温度与饱和蒸汽温度的差值，饱和蒸汽温度由气相显示压力计算得到，出料温度与饱和蒸汽温度的差值与出料阀联锁控制。

系统预先设定差值，当实际差值大于预设差值时，出料阀开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，出料阀开度随之减小。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）由于现有物料浓缩过程中，物料温度会受设备压力影响而产生变化，因此，通过控制出料温度和压力并不能精确的控制物料的出料浓度，因此，本发明通过建立标准曲线，以气相饱和蒸汽压力为横坐标，气相饱和蒸汽温度为纵坐标，通过气相显示压力即可获知对应的饱和蒸汽温度，然后根据出料温度与饱和蒸汽温度的差值的控制，来实现出料浓度的控制，产出合格产品。

（2）本发明以饱和蒸汽温度和出料温度与饱和蒸汽温度的差值作为虚拟控制点，将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与出料阀联锁控制，在实际操作过程中，通过预先设定差值，即可根据实际差值的变化对出料量进行控制，从而实现出料浓度的精确控制。

（3）本发明系统运行稳定，能够延长系统运行周期，例如在多晶硅生产领域对氯化钙废水的三效浓缩蒸发工艺中，浓缩物料中因存在碳酸钙、硫酸钙等难溶于水物质，难以不能平稳运行，极易导致系统结垢，而本发明能够有效解决系统结构问题，维持浓缩物料的稳定运行。

（4）本发明方法通过精确控制浓缩物料的出料浓度，还能够减少能源消耗，例如在三效蒸发过程中，以蒸汽提供热源，在稳定的运行工况下，蒸汽热源易控制，因此，能避免能源消耗而造成的浪费。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为请补充差值与物料浓度对照表。

图3为水蒸气温度压力对照表。

图4为水蒸气温度压力标准曲线。

其中，1—压力表，2—温度计，3—出料阀，4—物料浓缩设备，5—虚拟控制点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例是一种物料浓缩控制方法。具体步骤如下：

首先，获取物料浓缩设备4的气相显示压力和出料温度。

其次，以气相饱和蒸汽压力为横坐标，气相饱和蒸汽温度为纵坐标，建立标准曲线，将获取的气相显示压力带入标准曲线，得到该气相显示压力下对应的饱和蒸汽温度。

最后，计算出料温度与饱和蒸汽温度的差值，将该差值与物料浓缩设备4的出料阀3联锁控制，即可实现浓缩物料浓度的精确控制。

实际操作过程中，可以根据出料温度与饱和蒸汽温度的差值查询得到对应的物料浓度，因此，联锁控制时，根据需要的物料浓度，系统预先设定差值，当实际差值大于预设差值时，出料阀3开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，出料阀3开度随之减小。

实施例2：

本实施例是一种物料浓缩控制系统。

采用如图1所示物料浓缩设备4，该物料浓缩设备4适用于现有三效蒸发浓缩工艺，在该物料浓缩设备4上设有压力表1、温度计2和出料阀3，其中，压力表1用于检测气相显示压力，温度计2用于检测出料温度，出料阀3用于控制出料物料的流量。

为实现出料浓度的精确控制，在物料浓缩设备4上还设有两个虚拟控制点5，两个虚拟控制点5分别为：饱和蒸汽温度以及出料温度与饱和蒸汽温度的差值，饱和蒸汽温度由气相显示压力计算得到，具体可通过系统程序运算得到，并将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与出料阀3进行联锁控制。

饱和蒸汽温度的计算和联锁控制方式可参考实施例1。

实施例3：

本实施例是采用实施例2所述物料浓缩设备4对氯化钙溶液进行的浓缩控制，整个浓缩控制工艺采用DCS系统进行自动控制。

本实施例采用物料浓缩设备4的相关工艺参数：容积：φ1800x5500；蒸汽温度：188℃；浓缩物料的出料浓度为60%。

当前时刻下，DCS系统显示气相显示压力为82kpa（表压），出料温度为162℃。根据出料温度与饱和蒸汽温度的差值与对应的物料浓度的对照表，如图2所示，系统预先设定差值为45（设定值）。根据图3所示水蒸气温度压力对照表，以气相饱和蒸汽压力为横坐标，气相饱和蒸汽温度为纵坐标，由系统模拟标准曲线，如图3所示。DCS系统将当前气相显示压力带入标准曲线，得到该气相显示压力下对应的饱和蒸汽温度为117 ℃。系统计算出料温度与饱和蒸汽温度的差值为45。由于该差值与物料浓缩设备4的出料阀3联锁控制，联锁控制时，将该差值与系统预先设定差值进行比较，本实施例中，在当前时刻下，由气相显示压力计算得到的差值与设定值相等，均为45，可以判定浓缩物料的出料浓度即为60%，此时，出料阀3开度不变。

DCS系统持续检测设备气相显示压力和出料温度，系统根据气相显示压力计算差值，当实际差值大于设定值时，DCS系统远程控制出料阀3开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，DCS系统远程控制出料阀3开度随之减小，从而达到氯化钙浓缩溶液浓度的精确控制。

本实施例所述物料浓缩设备4持续对氯化钙溶液进行的浓缩蒸发，可以持续运行60天，共计浓缩蒸发物料10800t，能耗2880t。较普通物料浓缩控制方法而言，(未投控制前蒸汽消耗2.2吨/小时，且只能稳定运行45天即结垢），其蒸汽能耗件降低0.2t/h，切结垢时间延迟15天左右。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种物料浓缩控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）获取物料浓缩设备（4）的气相显示压力和出料温度；

（2）根据气相显示压力计算其饱和蒸汽温度；

（3）将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与物料浓缩设备（4）的出料阀（3）联锁控制。

2.根据权利要求1所述的一种物料浓缩控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，以气相饱和蒸汽压力为横坐标，气相饱和蒸汽温度为纵坐标，建立标准曲线，将气相显示压力带入标准曲线，获取该气相显示压力下对应的饱和蒸汽温度。

3.根据权利要求1所述的一种物料浓缩控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将出料温度与饱和蒸汽温度的差值与设备出料阀（3）联锁控制时，系统预先设定差值，当实际差值大于预设差值时，出料阀（3）开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，出料阀（3）开度随之减小。

4.一种物料浓缩控制系统，其特征在于：包括设有压力表（1）、温度计（2）和出料阀（3）的物料浓缩设备（4），压力表（1）用于检测气相显示压力，温度计（2）用于检测出料温度，在物料浓缩设备（4）上设虚拟控制点（5），虚拟控制点（5）包括饱和蒸汽温度以及出料温度与饱和蒸汽温度的差值，饱和蒸汽温度由气相显示压力计算得到，出料温度与饱和蒸汽温度的差值与出料阀（3）联锁控制。

5.根据权利要求1所述的一种物料浓缩控制系统，其特征在于：系统预先设定差值，当实际差值大于预设差值时，出料阀（3）开度随之增大，当实际差值小于预设差值时，出料阀（3）开度随之减小。