專利名稱：一種制備炭黑的風(fēng)-燃比的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳黑反應(yīng)，具體涉及一種制備碳黑的風(fēng)-燃比的控制方 法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
炭黑主要由碳元素組成，其微晶具有準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)，且呈同心取向， 其粒子是近乎球形的，大都熔結(jié)成聚集體的膠體粒子。炭黑可以用作 聚合物組合物中的顏料、填料和/或補(bǔ)強(qiáng)劑。
爐法炭黑是目前常用的生產(chǎn)炭黑的方法。在爐法炭黑中，將燃料 與適量空氣在燃燒室內(nèi)燃燒形成高溫膨脹氣體，帶動(dòng)原料烴以接近音 速噴射入反應(yīng)室，在極端時(shí)間內(nèi)使原料烴發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)，生成 懸浮在煙氣中的炭黑顆粒，然后經(jīng)過工藝急冷后收集起來，再經(jīng)造粒 干燥后即為成品炭黑。
由于炭黑生產(chǎn)過程中的復(fù)雜性，同時(shí)炭黑的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)炭黑的 品質(zhì)均與烴類的燃燒和熱裂解過程有關(guān)，因此控制好合適的風(fēng)量-燃料 比就可以較好地控制反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)過程得到品質(zhì)較好的炭黑。目前， 常用的炭黑燃料有乙烯焦油、天然氣、焦?fàn)t煤氣。在炭黑生產(chǎn)的過程 中，燃燒爐內(nèi)的溫度、燃料組分、熱值、流量、溫度、助燃空氣的預(yù) 熱溫度、濕度都是影響炭黑質(zhì)量的重要因素。由于每種燃料的情況不 同，因此對(duì)于不同燃料都需要建立不同的燃燒模型，計(jì)算炭黑在生產(chǎn) 過程中的風(fēng)量一燃料比。
在現(xiàn)有技術(shù)下，采用爐法進(jìn)行炭黑生產(chǎn)時(shí)，由于沒有有效的對(duì)風(fēng) 量一燃料比進(jìn)行控制，因此導(dǎo)致碳黑產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。中國專利文獻(xiàn)
CN1515631A公開了一種炭黑及其制備方法。其中提到風(fēng)量和燃料對(duì) 于炭黑具有重要的影響，但是確并沒有給出如何對(duì)風(fēng)量一燃料量進(jìn)行 控制，由于在實(shí)際的碳黑反應(yīng)中，風(fēng)量一燃料量的情況會(huì)隨時(shí)變化， 在上述專利中，整個(gè)炭黑反應(yīng)的可控性差。
因此，需要一種可以準(zhǔn)確制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的控制方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供 一 種碳黑反應(yīng)的風(fēng)量 一 燃料比 控制方法，按照本發(fā)明的方法，可以有效地對(duì)炭黑反應(yīng)中的風(fēng)量和燃 料進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供 一 種制備炭黑的風(fēng)量_燃料
比的控制方法，包括步驟
a) 由預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量；
b) 根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫度；
c) 根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量確定燃料量；
d) 根據(jù)所述燃料量和有效風(fēng)量向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和空氣。 優(yōu)選的，所述步驟a)包括步驟
al)采用標(biāo)準(zhǔn)孔板模型測(cè)量預(yù)設(shè)風(fēng)量；
a2)根據(jù)所述預(yù)設(shè)風(fēng)量通過公式(1 )計(jì)算有效風(fēng)量
公式(l)中，Q^表示有效風(fēng)量，單位為mVh; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量， 單位為mVh; P。表示系統(tǒng)壓力，單位為kpa; T。表示i殳計(jì)溫度，單位 為。C;AE^表示孔板差壓，單位為kpa; i;表示實(shí)測(cè)溫度，單位為。C， Xv 表示水汽百分含量。
優(yōu)選的，所述步驟al)中的標(biāo)準(zhǔn)孔板模型計(jì)算風(fēng)量具體為按照公 式(2)測(cè)量實(shí)際風(fēng)量
Vk=Kx, (2)
公式(2)中，Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為mVh; K表示孔板特性 系數(shù)；AP。表示空氣壓力差，單位為kpa; P表示空氣密度，單位為g/L。 優(yōu)選的，所述空氣密度P通過公式(3)計(jì)算
p = 3.48353 0.378
Z7 尸 (3 )
公式(3)中，p表示空氣密度，P表示空氣壓力，單位為kpa; Ps
QVx=Vkx
Pxx(l_0.3780xxv)
,xT，
6表示空氣中的水蒸氣壓力，單位為kpa; Z為空氣壓縮因子，單位為 kg/m3; T表示空氣溫度，單位為。C。
優(yōu)選的，所述空氣壓縮因子Z采用公式(4)所示的維里方程三 項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(4)中，R為理想氣體的比例常數(shù)，單位為J/(mol.K); B表 示第二維里系數(shù)；C表示第三維里系數(shù)。
優(yōu)選的，所述步驟b)釆用公式(5)由預(yù)設(shè)溫度確定第一理論燃 燒溫度
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(5)中，To表示第一理論燃燒溫度，單位為。C; P表示燃 燒室內(nèi)壓力，單位為kpa; P。表示空氣壓力，單位為kpa; k表示燃燒 產(chǎn)物絕熱指數(shù)。
優(yōu)選的，所述步驟c)中根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量 使用公式(6)確定燃料量
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(6)中，Qg表示空氣帶入的物理熱，單位為kJ; Q^表示燃 料油發(fā)熱值，單位為kJ; Q^表示燃料帶入的物理熱；CV表示燃燒產(chǎn) 物的綜合熱熔，單位為kJ/m卜。C; Vn表示燃燒產(chǎn)物體積，單位為m3;
公式(6)中，Q空采用公式(7)計(jì)算
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(7)中，C^表示空氣熱熔，單位為kJ/m3.。C; T;表示空氣 預(yù)熱溫度，單位為。C; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為mVh; 公式(6)中，Q低采用公式(8)計(jì)算<formula>formula see original document page 7</formula>公式(8)中，W為燃料量；
公式(6)中，Q燃采用公式(9)計(jì)算
Q燃=WC燃Ty ( 9 )
公式(9)中，W為燃料量，單位為kg/h; C^表示燃料熱熔，單 位為kJ/m卜。C; Ty表示燃料預(yù)熱溫度，單位為。C。
本發(fā)明還提供一種在以上任一項(xiàng)技術(shù)方案所述的控制方法中使 用的控制系統(tǒng)，包括
風(fēng)量單元，所述風(fēng)量單元根據(jù)預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量；
燃料單元，所述燃料單元根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫 度、和根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量確定燃料量；
比值調(diào)節(jié)單元所述比值調(diào)節(jié)單元根據(jù)所述燃料量和有效風(fēng)量確 定風(fēng)量-燃料比；
反應(yīng)器燃燒單元所述反應(yīng)器燃燒單元根據(jù)所述比值調(diào)節(jié)單元確 定的風(fēng)量-燃料比向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和分量。
優(yōu)選的，所述風(fēng)量單元包括
風(fēng)量測(cè)量單元，所述風(fēng)量測(cè)量單元測(cè)量實(shí)際風(fēng)量
風(fēng)量補(bǔ)償計(jì)算單元，所述風(fēng)量補(bǔ)償計(jì)算單元根據(jù)實(shí)際風(fēng)量測(cè)量有 效風(fēng)量。
本發(fā)明提供 一 種制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的控制方法。與現(xiàn)有技術(shù) 相比，本發(fā)明根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定燃料量并由預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng) 量，可以精確控制燃料和風(fēng)章比，本發(fā)明提供的控制方法魯棒性強(qiáng)、 穩(wěn)定性好，可靠性高，有效地改善燃燒溫度難以測(cè)量的問題，在燃燒 品種變換以及燃料成分變動(dòng)的情況下，仍能夠?qū)崿F(xiàn)工況的穩(wěn)定、自動(dòng) 調(diào)節(jié)。
圖1為本發(fā)明的制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的控制方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明的控制炭黑反應(yīng)的風(fēng)量-燃料比的控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征 和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
請(qǐng)參見圖1和圖2,圖1為本發(fā)明提供的制備炭黑的風(fēng)量-燃料比
的控制方法的一種實(shí)施方式的流程圖；圖2為本發(fā)明提供的控制炭黑 反應(yīng)的風(fēng)量-燃料比的控制系統(tǒng)的示意圖。在本實(shí)施方式中，以乙烯焦 油作為燃料、液態(tài)烴作為原料制備炭黑，對(duì)氣體-燃料比的控制方法， 包括步驟
a):風(fēng)量單元根據(jù)預(yù)設(shè)風(fēng)量Vk確定有效風(fēng)量Q^
爐法炭黑的生產(chǎn)過程中，燃燒所需要的空氣是通過主供風(fēng)機(jī)進(jìn)行 輸送，在進(jìn)反應(yīng)爐前首先通過預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的空氣進(jìn)入到 反應(yīng)爐的燃燒段與燃料進(jìn)行燃燒反應(yīng)。由于在整個(gè)燃燒過程中，參與 反應(yīng)的只有空氣中的氧氣，氧氣在空氣中的比例被認(rèn)為恒定，但是由 于空氣的濕度會(huì)隨著區(qū)域和季度的不同會(huì)有所差異，因此最終的有效 風(fēng)量應(yīng)該是除去水蒸氣的干空氣量。在S1步驟中，包括以下子步驟
al):風(fēng)量測(cè)量單元測(cè)量預(yù)設(shè)風(fēng)量
風(fēng)量的測(cè)量 一 般都采用標(biāo)準(zhǔn)孔板作為測(cè)量元件，標(biāo)準(zhǔn)孔板的測(cè)量 原理如下式所示
Vk=Kx, (2) ~ P
公式(2)中的K是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的孔板特性綜合系數(shù)， 可以在孔板設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到；AP表示孔板流量測(cè)量的壓力差；空氣密 度p根據(jù)空氣溫度、空氣壓力、濕度進(jìn)行計(jì)算。
計(jì)算p時(shí)，當(dāng)空氣中含有水汽時(shí)，由于水汽密度等于千空氣密度 的0.622倍，所以在相同的溫度和壓力條件下，濕空氣總比干空氣輕。 如果濕空氣中水汽壓力為Ps,則干空氣的壓力可以計(jì)算為P-Ps，因此 計(jì)算p的公式如(3)所示
p = 3.48353 *丄(l - 0.378&)
zr、 , (3)
公式(3)中的Z為空氣壓縮因子，單位為kg/m3,公式(2)中
9的T表示空氣溫度，單位為。C。
在計(jì)算公式(3)中的空氣壓縮因子Z時(shí)，可以采用狀態(tài)方程進(jìn)
行進(jìn)算，優(yōu)選使用維里方程三項(xiàng)截?cái)嗍?br>
Z = 1 +丄P + CP2 ( 4 )
RT
公式(4)中的B為第二維里系數(shù)，C，為第三維里關(guān)聯(lián)系數(shù)，具 體采用公式(5)計(jì)算得到
c' c一丑2
(W)2 (5)
公式(5)中的C為第三維里系數(shù)，R為理想氣體的比例常數(shù)， 單位為J/ ( mol'K)。
使用公式(2)測(cè)量得到實(shí)際風(fēng)量Vk后，進(jìn)行步驟a2)風(fēng)量補(bǔ)償 單元根據(jù)所述實(shí)際風(fēng)量Vk計(jì)算有效風(fēng)量QVx 。
Pn AP xT ,，、
Qv = Vt x——2_ x -^^- ( 1 )
Vx k "\(AP0xT0 化x(1-0.3780xxv)
公式(l)中，Qw表示有效風(fēng)量，單位為mVh; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量， 單位為mVh; P。表示系統(tǒng)壓力，單位為kpa; T。表示設(shè)計(jì)溫度，單位 為。C;AE^表示孔板差壓，單位為kpa; i;表示實(shí)測(cè)溫度，單位為。C, Xv 表示水汽百分含量。
風(fēng)量單元根據(jù)上述過程確定有效風(fēng)量后Q^，根據(jù)所述有效風(fēng)量 Qw向反應(yīng)爐內(nèi)供入空氣。
步驟a)之后，進(jìn)行步驟b):燃料單元按照公式(5)根據(jù)預(yù)設(shè)爐 膛溫度確定第一理論燃燒溫度；
T = Tox
P 、一
P0
(5)
公式(5)中，T表示預(yù)設(shè)爐膛溫度，單位為。C; To表示第一理 論燃燒溫度，單位為。C; P。表示燃燒室內(nèi)壓力，單位為kpa; P表示空 氣壓力，單位為kpa; k表示燃燒產(chǎn)物絕熱指數(shù)。
在步驟b)中，確定第一理論燃燒溫度To后，進(jìn)行步驟c)根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量使用公式(6)確定燃料量;
公式(6)中，Q^表示空氣帶入的物理熱，單位為kJ; (^表示燃 料油發(fā)熱值，單位為kJ; Q，表示燃料帶入的物理熱；C^表示燃燒產(chǎn) 物的綜合熱熔，單位為kJ/m3.。C; Vn表示燃燒產(chǎn)物體積，單位為m3;
公式(6)中，Q空采用公式(7)計(jì)算
Q空二C空丁kVk (7)
7>式(7)中，C^表示空氣熱熔，單位為kJ/m、。C; Tk表示空氣 預(yù)熱溫度，單位為。C; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為mVh; 公式(6)中，Q低采用公式(8)計(jì)算 = W x (12400 — 2100 x 1.0536 x 1.0536)x 4.2
公式(8)中，W為燃料量，其它數(shù)值為乙烯焦油經(jīng)驗(yàn)值； 公式(6)中，Q燃采用公式(9)計(jì)算 Q燃=WC燃Ty ( 9 )
公式(9)中，W為燃料量，單位為kg/h; C^表示燃料熱熔，單 位為kJ/mS.。C; Ty表示燃料預(yù)熱溫度，單位為。C。
在步驟c)中，確定燃料量后，進(jìn)行步驟d):比值調(diào)節(jié)單元根據(jù) 所述燃料量和有效風(fēng)量確定風(fēng)量-燃料比，然后燃料單元根據(jù)所述風(fēng)量 -燃料比向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和空氣制備炭黑。
以下以具體實(shí)施例說明本發(fā)明提供的制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的
控制方法 實(shí)施例1 原始數(shù)據(jù)如下
燃料為乙蹄焦油，氣體為標(biāo)準(zhǔn)空氣，空氣中的水分含量按照等溫 條件下飽和水蒸氣含量計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積為22.4mVkmo1, 空氣中氧氣和氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)分別為21%和79%。
乙烯焦油中碳元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為91.44%，氫元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)
ii為7.68%,乙烯焦油重度為1.0536,乙烯焦油預(yù)熱溫度T,130。C,燃 料用空氣預(yù)設(shè)流量V^1343mVh,空氣預(yù)熱溫度Tk二65(TC，爐膛預(yù)設(shè) 溫度T為1836°C。
已知?dú)怏w的熱溶 2為1.9284kl/m3 .°C; CCo2為3.2207kl/m3 .°C; cH20為2.7284 kl/m3. °C; c。2為2.0251 kl/m3 °C;
根據(jù)已知?dú)怏w的熱熔以及空氣中的氧氣和氮?dú)獾捏w積含量可以 確定空氣的熱熔0空= 2 x79% + c02 x21% = i.9487kl/m3.°C。
本實(shí)施例的控制方法按照如下步驟
SI:由公式(5)確定第一理論燃燒溫度To:
公式(5)中，空氣壓力P為110.325kpa,假設(shè)燃燒室表壓為40kpa, 則燃燒室內(nèi)壓力P。為110.325+40=150.325kpa。
另外，乙烯焦油燃燒反應(yīng)后，反應(yīng)爐內(nèi)的氣體組分分別為C02、 N2、 H20、 02,請(qǐng)參見表1為反應(yīng)爐內(nèi)幾種氣體組分在不同溫度下的 絕熱指數(shù)
表l、反應(yīng)爐內(nèi)氣體組分的絕熱指數(shù)
溫度co2H20N2o2
15001.16261.20111.30491.2876
16001.1621:19751.30311.2848
17001.16071.19411.30111.2838
18001.1591.19961.29741.2798
1500-16001.16231.19931.3041.2862
1600-17001.161351.19581.30211.2843
1700-1800 1.159851,196851.299251.2818
絕熱指數(shù)按照公式(11 )計(jì)算:k
L^丄， (11)
一l ^k;—1
公式(ll)中，c,表示氣體的熱熔，將Cn2、 Cco2、 cH2。、 c"帶 入表1,計(jì)算后得到表2所示的反應(yīng)爐內(nèi)的氣體絕熱指數(shù)。
表2、反應(yīng)爐內(nèi)氣體絕熱指數(shù)
Ci/(k, _1)0.63850.36852.52960.2133
l/(k-1)3.7499
k1.2667
將絕熱指數(shù)、預(yù)設(shè)溫度、空氣壓力和燃燒室內(nèi)壓力帶入公式(5) 后得到第一理論燃燒溫度To為1711 。C。
S2:確定第一理論燃燒溫度To后，根據(jù)第一理論燃燒溫度To確
定燃料量，假設(shè)燃料量為W。
計(jì)算燃料量時(shí)，需要確定以下幾個(gè)數(shù)據(jù)空氣中水含量M、完全 燃燒消耗空氣量Lo、空氣消耗系數(shù)ti、實(shí)際空氣消耗量La、燃燒產(chǎn) 物生成量、燃燒產(chǎn)物熱熔。
S21 )利用公式(12)確定空氣中水含量M:
M = Vk xp空氣xH ( 12 )
公式(12)中，Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為mVh; p空氣表示燃燒用 空氣密度，這里取1.293kg/m3; H表示燃燒用空氣濕度，單位為kg水 /kg空氣。
, 其中，空氣濕度H采用公式(13)計(jì)算
H = 0.622x4 (13)
P總
公式(13)中，cp表示空氣相對(duì)濕度，這里取65%; P《表示空氣 中水蒸氣分壓，這里取3.1691kpa; P總表示空氣壓力，這里取101.66kpa。 將上述數(shù)值帶入公式(12)
M = 1343 xl .293 x 0.622 x 0.65 x————=22.590kg/h( 12)
101.66-3.1691
13S13)利用公式(14)計(jì)算完全燃燒消耗空氣量Lo
L0 = Wx(!C + 8H + S — 0) + p空氣+0.21 (14)
公式(14)中，p空氣為空氣密度，取1.293。
513) 利用公式(15)計(jì)算完全空氣消耗系數(shù)n :
(15)
匕o
514) 實(shí)際空氣消4毛量La: 實(shí)際空氣消耗量La等于預(yù)設(shè)風(fēng)量。
515) 計(jì)算燃燒產(chǎn)物生成量 燃燒產(chǎn)物中的C02根據(jù)公式(16)計(jì)算 VC02 =91.44%xWx22.4 + 12 ( 16 ) 燃燒產(chǎn)物中的N2根據(jù)公式(17)計(jì)算 VN2 =79%xLa ( 17 ) 燃燒產(chǎn)物中的H20根據(jù)公式(18)計(jì)算
vh2o = W x 7.68% + 2 x 22.4 + M + O週 燃燒產(chǎn)物中的02根據(jù)公式(19)計(jì)算 V。2 =21%x(La-Lo) ( 19)
根據(jù)以上燃燒產(chǎn)物的各組成的含量可以計(jì)算燃燒產(chǎn)物的總體積:
Vn = VC02 + VH2。 + VN2 + V。2 ( 20 )
則燃燒產(chǎn)物中的各組分的體積百分比分別為
C02% = VC02/Vn%; (21)
H20% = VH20/Vn%; (22)
N2% = VN2/Vn%; (23)
02% = V02/Vn% (24)
516) 計(jì)算燃燒產(chǎn)物熱熔C產(chǎn)
C產(chǎn)=CN2 xN2% + CH20 xH20% + CC02 xC02% + C02 x02% ( 25 )
對(duì)于第一理論燃燒溫度To,符合公式(6)To —Q空+Q低+Q燃
_ C產(chǎn)K
公式(6)中，C^表示燃燒產(chǎn)物的綜合熱熔，單位為kJ/m、。C; Vn
表示燃燒產(chǎn)物體積，單位為m3;
公式(6)中，Q空采用公式(7)計(jì)算 Q空二C空丁kVk (7)
公式(7)中，C^表示空氣熱熔，單位為kJ/m、。C; Tk表示空氣 預(yù)熱溫度，單位為。C; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為m"h; 公式(6)中，Q低采用公式(8)計(jì)算 Q低=Wx(12400—2100x1.0536x1.0536)x4.2 ( 8 )
公式(8)中，W為燃料量；
公式(6)中，Q燃采用公式(9)計(jì)算
Q燃=WC燃Ty ( 9 )
公式(9)中，W為燃料量，單位為kg/h; C^表示燃料熱熔，單 位為kJ/m卜。C; Ty表示燃料預(yù)熱溫度，單位為。C。
其中，計(jì)算c^時(shí)，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式(26)計(jì)算 C燃二0.416+0細(xì)6i; (26) 公式(26)中，Ty表示空氣預(yù)熱溫度。
將公式(7)、 (8)和(9)中包含燃料量W的計(jì)算式以及第一理 論燃燒溫度T。帶入公式(6)后，可以計(jì)算出燃料量W為83.8kg/h。
最后，確定燃料量后，進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，根據(jù)所述燃料量83.8kg/h向 反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料乙烯焦油。
上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng) 指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的 前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若千改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落 入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的控制方法，包括步驟a)由預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量；b)根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫度；c)根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量確定燃料量；d)根據(jù)所述燃料量和有效風(fēng)量向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和空氣制備炭黑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于步驟a)包括步驟al)采用標(biāo)準(zhǔn)孔板模型測(cè)量預(yù)設(shè)風(fēng)量；a2)根據(jù)所述預(yù)設(shè)風(fēng)量通過公式(1)計(jì)算有效風(fēng)量公式(l)中，Q^表示有效風(fēng)量，單位為mVh; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量， 單位為m"h; P。表示系統(tǒng)壓力，單位為kpa; T。表示設(shè)計(jì)溫度，單位 為。C;AF^表示孔板差壓，單位為kpa; l表示實(shí)測(cè)溫度，單位為。C, xv 表示水汽百分含量。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述步驟al ) 中的標(biāo)準(zhǔn)孔板模型計(jì)算風(fēng)量具體為按照公式(2)測(cè)量實(shí)際風(fēng)量<formula>formula see original document page 2</formula>公式(2)中，Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為mVh; K表示孔板特性系數(shù)；AP。表示空氣壓力差，單位為kpa; P表示空氣密度，單位g/L。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于所述空氣密度 通過公式(3)計(jì)算<formula>formula see original document page 2</formula>公式(3)中，p表示空氣密度，P表示空氣壓力，單位為kpa; Ps<formula>formula see original document page 2</formula>表示空氣中的水蒸氣壓力，單位為kpa; Z為空氣壓縮因子；T表示空 氣溫度，單位為。C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述空氣壓縮 因子采用公式(4)所示的維里方程三項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>公式(4)中，R為理想氣體的比例常數(shù)，單位為J/(mol.K); B表 示第二維里系數(shù)；C表示第三維里系數(shù)。
6 、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于所 述步驟b)采用公式(5)由預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫度<formula>formula see original document page 3</formula>公式(5)中，T表示預(yù)設(shè)爐膛溫度，單位為。C; To表示第一理 論燃燒溫度，單位為。C; P表示燃燒室內(nèi)壓力，單位為kpa; p。表示空 氣壓力，單位為kpa; k表示燃燒產(chǎn)物絕熱指數(shù)。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于所述步驟c)中 根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量使用公式(6)確定燃料量<formula>formula see original document page 3</formula>公式(6)中，Qg表示空氣帶入的物理熱，單位為kJ,; Q^表示燃 料油發(fā)熱值，單位為kJ; Q^表示燃料帶入的物理熱；CV表示燃燒產(chǎn) 物的綜合熱熔，單位為kJ/m3.。C;、表示燃燒產(chǎn)物體積，單位為m3;公式(6)中，Q空采用公式(7)計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>公式(7)中，Cg表示空氣熱熔，單位為kJ/m3.。C; Tk表示空氣 預(yù)熱溫度，單位為。C; Vk表示預(yù)設(shè)風(fēng)量，單位為m"h;公式(6)中，Q低采用公式(8)計(jì)算 = W x (12400 - 2100 x 1.0536 x L0536)x 4.2公式(8)中，W為燃料量；公式(6)中，Q燃采用公式(9)計(jì)算Q燃=WC燃； (9 )公式(9)中，W為燃料量，單位為kg/h; C^表示燃料熱熔，單 位為kJ/m、。C; Ty表示燃料預(yù)熱溫度，單位為。C。
8、 一種在權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的控制方法中使用的控制 系統(tǒng)，包括風(fēng)量單元，所述風(fēng)量單元根據(jù)預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量； 燃料單元，所述燃料單元根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫 度、和根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量確定燃料量；比值調(diào)節(jié)單元所述比值調(diào)節(jié)單元根據(jù)所述燃料量和有效風(fēng)量確定風(fēng)量-燃料比；反應(yīng)器燃燒單元所述反應(yīng)器燃燒單元根據(jù)所述比值調(diào)節(jié)單元確 定的風(fēng)量-燃料比向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和空氣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)量單元 包括風(fēng)量測(cè)量單元，所述風(fēng)量測(cè)量單元測(cè)量實(shí)際風(fēng)量 風(fēng)量補(bǔ)償計(jì)算單元，所述風(fēng)量補(bǔ)償計(jì)算單元根據(jù)實(shí)際風(fēng)量測(cè)量有 效風(fēng)量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制備炭黑的風(fēng)量-燃料比的控制方法，包括步驟a)由預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量；b)根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定第一理論燃燒溫度；c)根據(jù)第一理論燃燒溫度和所述預(yù)設(shè)風(fēng)量確定燃料量；d)根據(jù)所述燃料量和有效風(fēng)量向反應(yīng)爐內(nèi)供入燃料和空氣制備炭黑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明根據(jù)預(yù)設(shè)爐膛溫度確定燃料量并由預(yù)設(shè)風(fēng)量確定有效風(fēng)量，可以精確控制燃料和風(fēng)量比，本發(fā)明提供的控制方法魯棒性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，可靠性高，有效地改善燃燒溫度難以測(cè)量的問題，在燃燒品種變換以及燃料成分變動(dòng)的情況下，仍能夠?qū)崿F(xiàn)工況的穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F23N1/02GK101644446SQ20091017621
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者李海祥, 王建飛 申請(qǐng)人:浙江中控技術(shù)股份有限公司