Elementārā sēra rūpnieciskā ražošana ar Claus metodi balstās uz sērūdeņraža daļēju oksidēšanu sākotnējā skābā gāzē ar atmosfēras skābekli un sēra dioksīdu.

Kā zināms, skābās gāzes sastāvā papildus H 2 S parasti ietilpst: CO 2, H 2 O un ogļūdeņraži. Tas izraisa blakus ķīmiskas pārvērtības, kas samazina sēra iznākumu.

Katra komponenta daudzums no šīs piemaisījumu kopas ietekmē vienas vai otras Claus procesa modifikācijas izvēli.

Mūsu gadījumā sākotnējā skābā gāze sastāv no apm. 95% Vol. H2S; 3,5 % tilp. H2O; līdz 2 % tilp. ogļūdeņraži.

Pasaules praksē šāda sastāva skābes gāzes tiek pārstrādātas sērā saskaņā ar racionālāko “tiešo Klausa procesu”.

Procesa termiskajā stadijā notiek sērūdeņraža daļējas oksidēšanās reakcijas gan sērā, gan sēra dioksīdā. Un arī sistēmā esošo komponentu mijiedarbības reakcijas, piemēram:

2H 2S + O 2 = S 2 + 2H 2 O + 37550 kcal/kmol H 2 S

2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O + 125 000 kcal/kmol H 2 S

2H2S + SO2 = 3S + 2H2O

H 2 S + CO 2 = COS + H 2 O - 6020 kcal/kmol COS

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 192000 kcal/kmol CH 4

Izejot no termiskās stadijas gāzē, papildus mērķa produktam - elementārajam sēram - ir arī citi komponenti: H 2 S, CO 2, COS, CS 2, CO 2, H 2 O, CO, H 2 un N 2.

Sākotnējā sērūdeņraža pārvēršanās (pārvēršanās) pakāpe par sēru procesa termiskajā stadijā var sasniegt aptuveni 70%.

Nodrošinot kopējo instalācijas pārveidi vairāk nekā 70% apmērā seriālais savienojums termiskai vairākiem katalītiskajiem posmiem. Pēdējā tiek uzturēti procesa darbības apstākļi, kuros visas sēru saturošās procesa gāzes sastāvdaļas nonāk ķīmiskās reakcijās ar sēra izdalīšanos, piemēram:

2H 2S + SO 2 = 3/N S N + 2H 2 O + Q 1,

2COS + SO 2 = 3/N S N + 2CO 2 + Q 2, kur N = 2-8

Papildus aprakstītajām Klausa ķīmiskajām pārvērtībām notiek sēra kondensācijas procesi un miglai un pilienveida šķidrā sēra uztveršana.

Kondensācija rodas speciāli šim nolūkam paredzētajās ierīcēs - kondensatoros-ģeneratoros, kad gāze tiek atdzesēta zem sēra tvaiku rasas punkta.

Pirms kondensācijas notiek sēra polimēru asociācijas reakcija S8 formā.

8/N S N -> S 8 + Q 3

S 8 (gāze) -> S 8 (šķidrums) + 22860 kcal/kmol

pilienu savākšanas process notiek kondensatoru izplūdes kamerās, kas aprīkotas ar sieta buferiem. Uz šiem buferiem sarecē sēra migla un pilieni, kas pēc tam gravitācijas un inerces spēku ietekmē tiek noņemti no gāzes plūsmas, turklāt tam kalpo īpašs aparāts, sēra uztvērējs, kas uzstādīts pēc pēdējās pakāpes kondensatora-ģeneratora; mērķis.

Pamattehnoloģisko ierīču aprēķins.

Matemātisko modeli raksturo šādi galvenie parametri:

a) objekta nosaukums: sēra ražošanas iekārta, tai skaitā termiskais reaktors, katalītiskais reaktors, sēra kondensators, krāsns sildītājs un maisītājs.

b) objekta modelēšanas metode: atsevišķu ierīču un visas instalācijas vienādojumu, materiālu un siltuma bilances aprēķināšana tehnoloģiskās shēmas un to materiālu un siltuma bilanču aprēķināšana.

c) parametra nosaukums: 1. Komponentu sastāvs, 2. Temperatūra, 3. Spiediens, 4. Elementārā sēra ražošanas iekārtu tehnoloģiskās shēmas plūsmu entalpija.

d) objekta parametru novērtējums: relatīvā kļūda starp aprēķinātajiem un eksperimentālajiem datiem<= 5%.

Kopsavilkums: izstrādātais modelis ļauj

1. Aprēķināt dažādu modifikāciju tehnoloģiskās shēmas (jebkurš skaits katalītisko posmu, “1/3 -2/3” utt.),

2. Atrisināt matemātiskās modelēšanas apgrieztās problēmas, tai skaitā nodrošināt plūsmu vēlamos raksturlielumus (attiecība H 2 S+COS/SO 2 = 2, temperatūras jebkurā procesa plūsmas diagrammas punktā) u.c.

Instalācijas aparāta aprēķins tiek veikts, izmantojot lietojumprogrammu paketi, kas sastādīta pēc matemātiskajiem modeļiem, kuru pamatā ir ķīmiskās termodinamikas principi. Matemātisko modeļu sastāvu nosaka sēra ražotnes tehnoloģiskajā shēmā iekļautās ierīces, no kurām galvenās ir šādas:

Reaktors-ģenerators;

Katalītiskais neitralizators;

Procesa gāzes sildītājs;

Mikseris;

Energotehnoloģiskās iekārtas (sēra kondensatori);

Matemātiskās programmatūras pamatu veido šo ierīču modeļi. Matemātiskajā programmatūrā plaši tiek izmantotas Ņūtona, Volfa, Vegšteina un “sekantu” skaitļošanas metodes, kas realizē atsevišķu iekārtu materiālu un siltuma bilanču iteratīvus aprēķinus un tehnoloģisko shēmu kopumā.

Šobrīd sēra ražotņu aprēķinu lietojumprogrammu darbība tiek veikta uz problēmu orientētas komforta valodas kontrolē, izmantojot vielu fizikālo un ķīmisko īpašību banku.

Pamatierīču matemātiskie modeļi.

Izstrādātie sēra ražošanas iekārtu aparātu modeļi ir balstīti uz termodinamikas principiem. Fizikālo un ķīmisko procesu līdzsvara konstantes tiek aprēķinātas, izmantojot samazinātus Gibsa potenciālus, izmantojot datus, kas ietverti standarta termodinamiskajās tabulās.

Sēra ražotņu tehnoloģiskās shēmas ir sarežģītas ķīmiski tehnoloģiskas sistēmas, kas sastāv no tehnoloģiskām plūsmām savstarpēji savienotu un vienotā veselumā strādājošu iekārtu kopuma, kurā notiek H 2 S oksidēšanās, sēra kondensācijas u.c. procesi. Katra ierīce atbilst vienam vai vairākiem programmatūras moduļiem, kas veidoti pēc bloka principa. Katrs bloks ir aprakstīts ar vienādojumu sistēmu, kas atspoguļo attiecību starp procesu fizikāli ķīmiskajiem un termodinamiskajiem parametriem, plūsmas ātrumu, sastāvu, temperatūru un ieejas un izejas plūsmu entalpijām.

Piemēram, trīspakāpju sēra ražošanas iekārtas tehnoloģisko shēmu var attēlot šādi:

P I - tehnoloģiskās shēmas I-tā plūsma,

Un J ir tehnoloģiskās shēmas J-tais bloks (aparāts).

Sēra ražotņu tehnoloģisko shēmu modelēšanai ir ieviesta vienota blokus (ierīces) savienojošo plūsmu struktūra, kas ietver:

Pirmās plūsmas komponentu sastāvs [mol/stundā]

Temperatūra [°C]

Spiediens [atm]

Entalpija [J/stunda]

Katram tehnoloģiskās shēmas aparātam tiek noteikti iepriekš minētie plūsmas parametri.

Tālāk ir sniegts Comfort sistēmas ķēdes aprēķina apraksts:

Reaktora-ģeneratora krāsns modelis (REAC)

Matemātiskais modelis apraksta skābas, sērūdeņradi saturošas gāzes oksidācijas procesu termiskajā reaktorā un krāsns sildītājos. Modelis ir izveidots, ņemot vērā izejošo plūsmu ķīmisko, fāzu un termisko līdzsvaru un kopējo temperatūru. Šie parametri tiek iegūti, atrisinot materiālu un siltuma bilances, ķīmiskā un fāzes līdzsvara nelineāru vienādojumu sistēmu. Līdzsvara vienādojumos iekļautās līdzsvara konstantes tiek atrastas, mainoties Gibsa enerģijai vielu veidošanās reakcijās.

Aprēķinu rezultāti ir: komponentu sastāvs, spiediens (norādīts), temperatūra, entalpija un izejas plūsmas ātrums.

Katalītiskā neitralizatora modelis (REAST).

Lai aprakstītu procesus, kas notiek katalītiskajā neitralizatorā, tika pieņemts tāds pats matemātiskais modelis kā krāsnīm, kas darbojas ar skābu gāzi.

Kondensatora-ģeneratora (ekonomaizera) modelis (CONDS).

Matemātiskais modelis ir balstīts uz sēra tvaiku līdzsvara spiediena noteikšanu noteiktā temperatūrā aparātā. Izvades plūsmas parametri tiek noteikti no sēra pārejas reakciju termodinamiskā līdzsvara stāvokļa no vienas modifikācijas uz otru.

Kondensatora modelī ir iekļauti materiāla un termiskā līdzsvara vienādojumi un sēra tvaiku fāzes līdzsvara vienādojumi aparātā.

Kondensatora matemātiskā modeļa vienādojumu sistēmai ir šāda forma.

Sēra tvaiku satura līdzsvaru nosaka no līdzsvara stāvokļa:

YI=PI(T)/P pie T< T т.р.

(I+1)/2 (I-1)/2 YI=KI*YI*P pie T>T t.r.

kur T t.r. - sēra rasas punkta temperatūra. UI inertu saturu nosaka atlikumi:

Sēra daudzums ieejā un izejā ir savstarpēji saistīts ar bilancēm:

V SUM(I+1) XI=W SUM(I+1) YI +S,

kur S ir kondensētā sēra daudzums.

Kopējo gāzes plūsmas ātrumu izejā nosaka pēc stāvokļa

SUM UI + SUM YI=1

Miksera modelis (MIXER).

Modelis ir paredzēts, lai noteiktu komponentu plūsmas ātrumus plūsmai, kas iegūta vairāku plūsmu samaisīšanas rezultātā. Izplūdes plūsmas komponentu sastāvu nosaka pēc materiālu bilances vienādojuma:

XI - XI" - XI"" - XI""" =0 , kur

XI - I-tā komponenta patēriņš izvades plūsmā,

XI"-XI""" - I-tās komponentes izdevumi ievades plūsmās.

Izplūdes plūsmas temperatūru nosaka ar “sekanta” metodi no termiskā līdzsvara uzturēšanas nosacījuma:

H(T)-H1(T)-H2(T)-H3(T)=0, kur

H(T) - izejas plūsmas entalpija

H1(T) -H3(T) - ievades plūsmu entalpijas.

Reālo (nelīdzsvara) parametru (OTTER) aprēķināšanas modelis.

Matemātiskā modeļa pamatā ir eksperimentālo datu un aprēķināto kompozīciju un citu iekārtu parametru vērtību salīdzinājums, lai noteiktu reālo rādītāju novirzes pakāpi no termodinamiskā līdzsvara rādītājiem.

Aprēķins sastāv no algebrisko vienādojumu sistēmas risināšanas. Aprēķina rezultāts ir plūsmas jaunais (nelīdzsvara) sastāvs, temperatūra un entalpija.

Zemāk ir ķēdes aprēķina rezultāti

Pētot turbīnas vadības dinamiku, spiediena izmaiņas pg kondensatorā parasti netiek ņemtas vērā, pieņemot, ka lg = kr £ 1pl = 0. Tomēr vairākos gadījumos šī pieņēmuma pamatotība nav acīmredzama. Tādējādi apkures turbīnu avārijas vadības laikā, atverot rotācijas diafragmu, var ātri palielināt tvaika plūsmu caur LPC. Bet pie zemiem cirkulējošā ūdens plūsmas ātrumiem, kas raksturīgi turbīnas augstas termiskās slodzes apstākļiem, šī papildu tvaika kondensācija var noritēt lēni, kas novedīs pie spiediena palielināšanās kondensatorā un jaudas pieauguma samazināšanās. Modelis, kas neņem vērā procesus kondensatorā, sniegs pārspīlēti novērtētās metodes efektivitātes palielināšanai, salīdzinot ar faktisko. Nepieciešamība ņemt vērā procesus kondensatorā rodas arī, izmantojot kondensatoru vai tā īpašo nodalījumu kā siltumtīklu ūdens pirmo posmu apkures turbīnās, kā arī regulējot apkures turbīnas, kas darbojas ar lielu termisko slodzi, izmantojot bīdes metodi. pretspiedienu kondensatorā un vairākos citos gadījumos.
Kondensators ir virsmas tipa siltummainis, un iepriekš minētie virsmas sildītāju matemātiskās modelēšanas principi ir pilnībā piemērojami tam. Tāpat kā tiem, kondensatoram ir jāpieraksta ūdens ceļa vienādojumi, vai nu pieņemot, ka parametri ir sadalīti [vienādojumi (2.27) - (2.33)], vai arī aptuveni ņemot vērā parametru sadalījumu, sadalot ceļu sadaļu skaits ar saliktiem parametriem [vienādojumi (2.34) - ( 2.37)]. Šie vienādojumi jāpapildina ar vienādojumiem (2.38)–(2.40) siltuma uzkrāšanai metālā un vienādojumiem tvaika telpai. Modelējot pēdējo, jāņem vērā, ka tvaika telpā kopā ar tvaiku ir noteikts gaisa daudzums, kas saistīts ar tā pieplūdumu caur noplūdēm turbīnas bloka vakuuma daļā. Tas, ka gaiss nekondensējas, nosaka kondensatora spiediena maiņas procesu atkarību no tā koncentrācijas. Pēdējo nosaka gan pieplūdes daudzums, gan ežektoru darbība, kas kopā ar daļu tvaika izsūknē gaisu no kondensatora. Tāpēc tvaika telpas matemātiskajam modelim pēc būtības vajadzētu būt sistēmas "kondensatora tvaika telpa - ežektori" modelim.

Vissvarīgākais: Elektriskais kondensators var uzglabāt un atbrīvot elektrisko enerģiju. Tajā pašā laikā caur to plūst strāva un mainās spriegums. Spriegums pāri kondensatoram ir proporcionāls strāvai, kas tam izgājusi noteiktā laika periodā, un šī perioda ilgumam. Ideāls kondensators neražo siltumenerģiju. Ja kondensatoram tiek pielikts maiņspriegums, tad a elektriskā strāva. Šīs strāvas stiprums ir proporcionāls sprieguma frekvencei un kondensatora kapacitātei. Lai novērtētu strāvu pie noteiktā sprieguma, tiek ieviests jēdziens pretestība kondensators. Kondensatoru veidu un veidu daudzveidība ļauj izvēlēties pareizo.

Kondensators ir elektroniska ierīce, kas paredzēta elektriskā lādiņa uzkrāšanai un pēc tam atbrīvošanai. Kondensatora veiktspēja ir tieši saistīta ar laiku. Neņemot vērā uzlādes izmaiņas laika gaitā, nav iespējams aprakstīt kondensatora darbību.

Diemžēl rakstos periodiski tiek konstatētas kļūdas, tās tiek labotas, raksti tiek papildināti, izstrādāti un sagatavoti jauni.

Kā darbojas atgriezes sprieguma stabilizators? Kur tas tiek izmantots? Apraksts...

Tiristora tranzistora analogs (dinistors / trinistors). Simulators...
Tiristora (diodes un triodes) analoga shēma, izmantojot tranzistorus. Parametru aprēķins...

Uz priekšu impulsu stabilizēts sprieguma pārveidotājs,...
Kā darbojas tiešā sprieguma stabilizators? Darbības principa apraksts. P...

Induktors. Ražošana. Tinums. Padarīt. Spole. Mo...
Induktora izgatavošana. Tinuma ekranējums...

5 .1 Sākotnējie dati

Kā sākotnējos datus zinātniskā un rūpnieciskā kompleksa matemātiskā pamata modelī izmantoju Komsomoļskaja TEC-3 iekārtas T-180/210-130-1 parametru ikmēneša izmaiņu tabulas 2009. gadam (5.1. tabula).

No šiem datiem tika ņemti:

§ tvaika spiediens un temperatūra turbīnas priekšā;

§ turbīnas neto efektivitāte;

§ siltumenerģijas patēriņš elektroenerģijas ražošanai un stundas siltuma patēriņš;

§ vakuums kondensatorā;

§ dzesēšanas ūdens temperatūra pie kondensatora izejas;

§ temperatūras starpība kondensatorā

§ tvaika plūsma uz kondensatoru.

Reālas turbīnas ražotnes datu izmantošanu kā sākotnējos datus nākotnē var uzskatīt arī par iegūtā matemātiskā modeļa atbilstības apstiprinājumu.

5.1. tabula — uzstādīšanas parametri T-180/210-130 KTET-3 2009. gadam

						Kondensators
	Tvaika spiediens turbīnas priekšā, P 1, MPa	Tvaika temperatūra turbīnas priekšā, t 1, ºС	Neto efektivitāte, %	Siltumenerģijas patēriņš elektroenerģijas ražošanai, Q e,ͯ10 3 Gkcal	Stundas siltuma patēriņš, Q h, Gcal/h	Vakuums, V, %	Dzesēšanas temperatūra izplūdes ūdens, ºС	Tvaika patēriņš, Gp, t/h	Temperatūras spiediens, δ tV, ºС
septembris

5 .2 Matemātiskais pamatmodelis

Zinātniskā un rūpnieciskā kompleksa matemātiskais modelis atspoguļo galvenos procesus, kas notiek termoelektrostaciju zema potenciāla daļas iekārtās un konstrukcijās. Tas ietver pētniecības un attīstības iekārtu un konstrukciju modeļus, ko izmanto reālās termoelektrostacijās un iekļauj jaunu termoelektrostaciju projektos.

Zinātniskā un rūpnieciskā kompleksa galvenie elementi - turbīna, kondensatori, ūdens dzesēšanas iekārtas, cirkulācijas sūkņu stacijas un cirkulācijas ūdensvadu sistēma - praksē tiek realizēti vairāku dažādu standarta izmēru iekārtu un konstrukciju veidā. Katram no tiem ir raksturīgi vairāk vai mazāk daudzi iekšējie parametri, nemainīgi vai mainīgi darbības laikā, kas galu galā nosaka spēkstacijas efektivitātes pakāpi kopumā.

Izmantojot viena veida ūdens dzesētājus pētāmajā termoelektrostacijā, dzesētājos novadītā siltuma daudzumu videi unikāli nosaka siltums, kas tiek nodots dzesēšanas ūdenim turbīnu kondensatoros un palīgiekārtās. Dzesēšanas ūdens temperatūru šajā gadījumā var viegli aprēķināt pēc dzesētāja īpašībām. Ja tiek izmantoti vairāki dzesētāji, kas savienoti paralēli vai virknē, atdzesētā ūdens temperatūras aprēķināšana kļūst ievērojami sarežģītāka, jo ūdens temperatūra aiz atsevišķiem dzesētājiem var ievērojami atšķirties no ūdens temperatūras pēc dažādu dzesētāju plūsmu sajaukšanas. . Šajā gadījumā, lai noteiktu atdzesētā ūdens temperatūru, ir nepieciešama atkārtota ūdens temperatūras precizēšana aiz katra kopīgi darbojošā dzesētāja.

Ūdens dzesētāju matemātiskie modeļi ļauj noteikt gan atdzesētā ūdens temperatūru, gan ūdens zudumus dzesētājos iztvaikošanas, pilienu iekļūšanas un filtrācijas rezultātā zemē. Ūdens zudumu papildināšana tiek veikta vai nu nepārtraukti, vai kādā aprēķina perioda daļā. Tiek pieņemts, ka vietā, kur ūdens plūsmas no dzesētājiem tiek sajauktas, cirkulācijas ceļā tiek piegādāts papildu ūdens, un tiek ņemta vērā tā ietekme uz dzesēšanas ūdens temperatūru.