专利名称：酸再生预浓缩器液位高度测量方法
技术领域：
本发明涉及使用喷雾焙烧法进行盐酸再生的自动化控制领域，特别是利用差压法准确测 量酸再生预浓縮器液位高度。
背景技术：
酸再生预浓縮器是喷雾焙烧法盐酸再生的关键设备，其主要作用是浓縮废酸、降低烟气 温度和吸收烟气中的氯化氢气体。酸再生预浓縮器液位过低，循环泵没法正常工作，也没有 足够的浓縮酸来冷却烟气和吸收氯化氢气体；而酸再生预浓縮器液位过高，可能堵塞烟道， 造成焙烧炉顶部压力失去控制。因此，保持其液位稳定对整个酸再生的正常运转，具有重要尼、。
要想控制酸再生预浓縮器液位稳定，准确的测量就是关键。由于酸再生预浓縮器的结构 、液体的强腐蚀性和较高温度、液面上部为负压等特点， 一般采用差压法测量预浓縮器的液 位。酸再生预浓縮器在酸再生系统的水一酸切换和酸一水切换过程中，其内部的液体密度随 液体中铁离子的浓度变化而有很大变化，用一般的差压法测量是不可能的，因此需对密度的 变化进行在线补正。由于密度计价格昂贵，目前酸再生一般采用延时补偿或进料量补偿的方 法对差压法测量的液位进行密度补偿，但效果都不太理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种酸再生预浓縮器液位高度实时测量方法，克服在 差压测量法中，因浓縮器液的密度变化所引起的浓縮器液液位测量偏差的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种酸再生预浓縮器液位高度实时测量方法，其技 术特征在于包括如下步骤
步骤一 利用下列数学公式(1) 、(2)计算酸再生预浓縮器内液体铁离子浓度的变化
率dD(t)/dt:
刚)=財)+財) ①
A (2) 式(1)中，Fo(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器向焙烧炉喷液的喷液流量，Fi(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器的进液流量，Fe (t)表示在t时刻酸再生预浓縮器内液体的水分蒸发流
式(2)中，V(H)表示在t时刻酸再生预浓縮器内液体的体积，V(H)与液体的高度H成正比 ，D(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器内液体的浓度，Di(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器的进 液浓度，Do (t)表示在t时刻酸再生预浓縮器向焙烧炉喷液的喷液浓度；
步骤二在t时刻对酸再生预浓縮器中液体铁离子的浓度变化率dD (t) /dt进行巻积计算出 酸再生预浓縮器内液体中铁离子的浓度D(t);
步骤三根据下列数学公式(3)计算酸再生预浓縮器内液体在t时刻的密度R(t)，
R(t) = R0 + f * D(t) (3)
式(3)中，D(t)为酸再生预浓縮器内液体在t时刻的铁离子浓度，RO为初始状态时酸再 生预浓縮器内液体密度，系数f为与酸再生预浓縮器内液体的物理特性有关的常量； 步骤四利用差压液位计测量在t时刻酸再生预浓縮器内液体的差压DP(t); 步骤五根据数学公式(4)计算在t时刻酸再生预浓縮器内液体的液位高度H(t)。 H(t) = DP(t)/R(t) + H0 (4)
式(4)中，DP(t)为在t时刻酸再生预浓縮器内液体的差压，R(t)为在t时刻酸再生预浓 縮器内液体的密度，HO为酸再生预浓縮器的分离器下取压口高度。
本发明的技术原理是根据酸再生预浓縮器的进、出的液体流量、浓度，实时计算在任一 时刻酸再生预浓縮器内液体密度，然后根据液体体积、密度计算液体高度。因为酸再生预浓 縮器内液体密度是动态变化的，影响酸再生预浓縮器内液体密度的关键因素是酸再生预浓縮 器内液体中铁离子的浓度，因此，本发明的发明要点即如何实时得到酸再生预浓縮器内液体 中铁离子的浓度。
下面对酸再生预浓縮器内液体中铁离子的浓度变化规律作进一步分析描述。 如图1所示，酸再生预浓縮器由分离器和文丘里管两部分构成，其物质输入、输出关系 由文丘里循环泵打入文丘里管的液体流回至分离器，对物质平衡无影响。仅Fi(t)、 Fo(t)、 Fe(t)影响进出物质平衡。其中Fo(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器向焙烧炉喷液的喷液流 量，Fi(t)表示在t时刻酸再生预浓縮器分离器进液流量，Fe(t)表示在t时刻文丘里管和分离 器中水分蒸发流量。另设
H(t)表示在t时刻分离器中液体的高度；
V (H)表示在t时刻分离器中液体的体积，其与分离器中液体的高度成正比； D (t)表示在t时刻分离器中液体的浓度；Dw表示废酸的浓度，为一定值；
Do (t)表示酸再生预浓縮器向焙烧炉喷液的喷液浓度； Di (t)表示分离器的进液浓度。
则，根据文丘里管和分离器中物质及酸量平衡可推导出如下式 刚)=財)+財) ①
A (2) 为便于分表示分析和计算，假设分离器中液体的高度H不变、文丘里管和分离器中水分 蒸发流量Fe (t)不变及焙烧炉的喷液流量Fo (t)不变。
在盐酸再生系统生产过程中，根据分离器、焙烧炉的输入、输出原料的不同，可分为四 种工况。在这四种工况下，酸再生预浓縮器内液体中的铁离子浓度的变化率是不同的。下面 针对四种工况下的铁离子浓度变化率进行说明。 1.分离器进酸、并向焙烧炉喷酸
将Di(t) = Dw， Do(t) = D(t)代入(2)式，由(l)， (2)式得
可见，在这种状况下，浓度的变化为一阶系统，时间常数T = V Dw (Fe + Fo )/Fo ，解此方程得
浓度D(t) = Dend — [Dend - D (0) ] e — t/T 浓度变化率dD(t)/dt = [ Dend - D(O) ] e - t / T / T 初始浓度变化率Paa = dD(t)/dt | t=0 = [ Dend - D(O) ] / T 2.分离器进水、并向焙烧炉喷酸 将Di(t)二0， Do(t)=D(t)代入(2)式，由(2)式得
Fo，最终浓度Dend =
■Po A (4)
可见，在这种状况下，浓度的变化为一阶系统，时间常数T = V/Fo，最终浓度Dend = 0
，解此方程得
浓度D(t) = D(O) e- t / T 浓度变化率dD(t)/dt = -D(O) e - t / T / T 初始浓度变化率Pwa = dD(t) / dt I t=0 = - D(O) / T3.分离器进酸、同时向焙烧炉喷水
将Di(t) = Dw， Fo(t) = 0代入(l)， (2)式，由(l)， (2)式得
(5)
可见，在这种状况下，浓度的变化为零阶系统，浓度变化率dD(t) / dt为一常数，解 此方程得
浓度D(t卢D(O) + ( Fe * Dw / V ) t 浓度变化率dD(t) / dt = Fe * Dw / V 初始浓度变化率Paw = dD(t)/dt I t=0 = Fe * Dw / V 4.分离器进水、同时向焙烧炉喷水
将Di(t) = 0， Fo(t) = 0代入(l)、 (2)式，由(l)、 (2)式得
,_。 ^ — (6)
可见，在这种状况下，浓度的变化为零阶系统，浓度变化率dD(t)/dt = 0为一常数，解
此方程得
浓度D(t) = D(O)，即液体浓度不变。
采用本发明的测量方法，不需要增加任何硬件投资，即可改善酸再生预浓縮器的液位测 量精度，从而提高酸再生预浓縮器的液位控制水平，保证盐酸再生系统的安全运行。
图l为酸再生预浓縮器的结构及其物质输入、输出关系示意图。 图2为盐酸再生系统运行时，分离器内液体浓度变化的典型曲线示意图。 下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
如图2所示，系统开始工作时，首先进入工作阶段l， S卩分离器进水，焙烧炉点火加热 ，当焙烧炉内气体达到一定温度后，朝焙烧炉内喷水，该过程持续3分钟；
然后进入工作阶段2， g卩当焙烧炉内到达正常工作温度后，继续朝焙烧炉内喷水，而 分离器进酸，废酸由文丘里循环泵打入文丘利管与来自焙烧炉的废气热交换，废酸中的水分蒸发，分离器中废酸浓度迅速增加至20%，该过程持续2分钟；
然后进入工作阶段3， g卩当废酸浓縮达到一定程度后，浓縮酸由酸再生预浓縮器的浓
縮酸泵喷入焙烧炉；经过3分钟时间的运行，分离器中酸的浓度可达到正常工作浓度即30%;
但是由于一些原因，如改换喷嘴、喷枪清洗、焙烧炉燃烧不稳等，则需临时进入工作阶
段4， S卩将焙烧炉的喷酸切换至喷水，此时废酸浓度迅速增加至50%;
当工作阶段4持续7分钟后，为防止浓縮酸浓縮过度，则进入工作阶段5， g卩将分离器 的进酸也切换至进水，此时废酸浓度保持50%不变；
当故障处理完毕后，进入工作阶段6，将焙烧炉的喷水切换至喷酸，分离器的进水切换 至进酸，然后经过15分钟时间的运行，分离器中酸的浓度又回复到30%的正常工作浓度；
当系统需停止运行时，进入工作阶段7， S卩分离器从进酸切换至进水，酸再生预浓縮
器继续向焙烧炉的喷酸，浓縮酸浓度逐渐降低至零。 具体实施例
在系统运行稳定时，由于液体的高度是被控量，当设定值不变时，是不会有大的变动。 水的蒸发流量与液体及炉子的温度有关，当炉子燃烧稳定后，液体温度也达到稳态，故蒸发
流量基本恒定，喷液流量当系统稳定后，也将稳定不变。因此可以设定
(1) 分离器中液体的高度不变；
(2) 分离器中水分蒸发流量不变；
(3) 焙烧炉的喷液流量不变。
在公式(1) 、 (2)中，废酸和浓縮酸的浓度及测量喷液流量Fo可以通过离线实测。由 于系统运行稳定时，分离器中液体的铁离子浓度变化率dD(t)/dt = 0 ，由公式(l)、 (2)可 计算出蒸发流量Fe，即
Fe = Fo ( Do - Dw ) / Dw
由此，以系统运行稳定时的参量为初始值，可计算出四种工况下，不同浓度、不同液位 高度、不同喷液流量时液体浓度的变化率。
用开关量C1表示分离器进液状态，开关量C2表示酸再生预浓縮器向焙烧炉的喷液状态， 包括
C1=0 表示进水 Cl=l 表示进酸 C2=0 表示喷水C2=l 表示喷酸
Paa表示分离器进酸、向焙烧炉喷酸时铁离子浓度的变化率。 Paw表示分离器进酸、向焙烧炉喷水时铁离子浓度的变化率。Pwa表示分离器进水、向焙烧炉喷酸时铁离子浓度的变化率。 酸再生预浓縮器进水、焙烧炉喷水时铁离子浓度的变化率为O。
本具体实施例的差压法求液位的算法如下
K程序开始
1. 初始化终点浓度Dend、废酸浓度Dw、蒸发流量Fe
2. 初始化密度系数f、零浓度时液体的密度RO
3. 初始化液体浓度D—0
4. 初始化定时器，按Dt间隔调用浓度计算子程序
5. 进入如下循环
5. 1.若有新Dend、 Dw输入，更改原Dend、 Dw
5.2若有新Fe输入，更改原Fe
5. 3若有新f 、 R0输入，更改原f 、 RO
5. 4扫描差压DP
5. 5密度R—RO + " D
5. 6高度H— DP / R + HO
5.循环结束
K程序结束
K浓度计算子程序开始
1. 扫描变量H， Fo， D
2. 体积V—H * A 注A为分离器面积
3. 时间常数T—V / Fo
4. 如果Cl=l那么
4. 1.如果C2=l那么 4. 1. 1. Paa— ( Dend - D ) / T 4. 1.2.液体浓度D—D + Paa * Dt 4.1.否则
4. 1. 3. Paw—Fe * Dw / V
4. 1. 4. 体浓度D—D + Paw * Dt
4.1.结束如果4.否则
4. 2.如果C2=l那么
4. 2. 1. Pwa— - D / T
4. 2. 2.液体浓度D—D + Pwa* Dt
4.2.结束如果
4. 结束如果
5. 输出变量D K子程序结束
值得说明的是，在上述浓度的计算中实际上已考虑了液体的高度、水的蒸发流量、喷液 流量这三个变量的静态影响，只是没考虑这三个变量变化过程中对浓度的动态影响，否则系 统将是一个偏微分方程，使其在实际应用中不可求解。
由于定时器的定时值不可能无穷�。栽谂缢崾保帽浠食耸奔浼涓衾醇扑闩ǘ鹊� 变化量会引起一定的误差。可用下列变化率代替
1. 进酸时，
令D (t) + Paa * Dt = Dend - [ Dend - D(0) ] * e- D t / T ，则修正了的变化率 P肌=(Dend - D (t) ) ( 1 - e- D t / T ) / Dt
2. 进水时，
令D (t) + Pwa * Dt = D (t) * e- D t / T， 则修正了的变化率Pwa = - D(t)(1- e- Dt/T)/Dt 以上变化率仅适用于有指数运算能力的控制系统。
最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的 技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
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权利要求
权利要求1一种酸再生预浓缩器液位高度测量方法，其特征在于包括如下步骤步骤一 利用下列数学公式(1)、(2)计算酸再生预浓缩器内液体铁离子浓度的变化率dD(t)/dtFi(t)＝Fo(t)+Fe(t)(1)式(1)中，Fo(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器向焙烧炉喷液的喷液流量，Fi(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器的进液流量，Fe(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器内液体的水分蒸发流量；式(2)中，V(H)表示在t时刻酸再生预浓缩器内液体的体积，V(H)与液体的高度H成正比，D(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器内液体的浓度，Di(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器的进液浓度，Do(t)表示在t时刻酸再生预浓缩器向焙烧炉喷液的喷液浓度；步骤二 在t时刻对酸再生预浓缩器中液体铁离子的浓度变化率dD(t)/dt进行卷积计算出酸再生预浓缩器内液体中铁离子的浓度D(t)；步骤三 根据下列数学公式(3)计算酸再生预浓缩器内液体在t时刻的密度R(t)，R(t)＝R0+f*D(t) (3)式(3)中，D(t)为酸再生预浓缩器内液体在t时刻的铁离子浓度，R0为初始状态时酸再生预浓缩器内液体密度，系数f为与酸再生预浓缩器内液体的物理特性有关的常量；步骤四 利用差压液位计测量在t时刻酸再生预浓缩器内液体的差压DP(t)；步骤五 根据数学公式(4)计算在t时刻酸再生预浓缩器内液体的液位高度H(t)。H(t)＝DP(t)/R(t)+H0 (4)式(4)中，DP(t)为在t时刻酸再生预浓缩器内液体的差压，R(t)为在t时刻酸再生预浓缩器内液体的密度，H0为酸再生预浓缩器的分离器下取压口高度。
全文摘要
本发明涉及盐酸再生系统中使用差压法测量酸再生预浓缩器液位测量领域。该方法包括步骤a.计算酸再生预浓缩器内液体浓度变化率，b.计算酸再生预浓缩器内液体浓度，c.计算液体的密度，d.利用差压法测酸再生预浓缩器液位，e.对差压法测出的酸再生预浓缩器液位高度进行补偿计算。采用本发明的技术方案，不需要增加任何硬件投资，即可改善酸再生预浓缩器的液位测量精度，从而提高酸再生预浓缩器的液位控制水平，保证盐酸再生系统的安全运行。
文档编号G01F23/14GK101458112SQ20081030664
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者翔 关, 叶理德, 晨 吴 申请人:中冶南方工程技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
