浅谈石灰窑煅烧石灰石温度优化控制研究

发布时间：2020-09-14所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘要：石灰作为重要的工业原材料，石灰通过石灰窑煅烧而来，由于石灰窑温度控制系统具有大纯滞后、非线性、严重耦合等特征，会影响石灰石煅烧温度的稳定性，从而影响石灰的活性。针对普通的PID控制算法鲁棒性较差，很难得到满意的控制效果，因此提出数值模拟

　　摘要：石灰作为重要的工业原材料，石灰通过石灰窑煅烧而来，由于石灰窑温度控制系统具有大纯滞后、非线性、严重耦合等特征，会影响石灰石煅烧温度的稳定性，从而影响石灰的活性。针对普通的PID控制算法鲁棒性较差，很难得到满意的控制效果，因此提出数值模拟软件的研制.本文给出了系统的动态仿真和先进的控制策略。结合笔者的实践经验，本文主要探讨了石灰窑煅烧石灰石温度优化控制研究。

　　关键词：石灰窑;煅烧石灰石;温度优化控制;研究

　　引言：介绍了APILOT-植物间歇反应器的数学模型和数值模拟软件的研制.本文给出了系统的动态仿真和先进的控制策略。本文介绍了一种可变加热/冷却温度控制结构的多用途间歇反应器的研制和特点。这种策略是基于使用热流作为操纵变量。

　　1. 工业生产过程中的温度优化控制研究

　　大量的工业过程，如聚合物的生产、特种和精细化学品的生产、药品、生物制品以及其他不能连续生产的产品，都是批量生产的，在许多情况下，这种操作模式被用于生产各种需要有明显不同特性的产品，如转化时间、反应热等。这类反应堆的良好控制往往难以实现(朱巴和哈默，1986年)，因为它们具有灵活和多用途的特点(不同的操作配置和对不同产品使用这些反应堆)。提高了间歇反应器的可重复性，提高了产率和选择性，必须大幅度提高间歇反应器的自动化程度.由于反应混合物的复杂性和在线测量的困难，间歇反应器的控制本质上是一个温度控制问题。此外，控制性能主要取决于与反应器相关的加热-冷却系统。工业上常用两种主要的打浆冷却系统：统或多流体系统和单流体系统。[1]

　　相关期刊推荐：《计算机仿真》是由中国航天科工集团公司主管,由中国航天科工集团第二院十七所主办。目前，设有:仿真技术综述、军事领域仿真、人工智能与系统分析、航空、航天领域仿真、化工领域仿真、汽车仿真、分布交互式实时仿真、仿真应用与研究、过程的建模与验证、仿真培训系统、虚拟仿真、仿真方法与算法等20多个栏目。

　　众所周知的交替系统使效用流体交替地在导管架内流动.这些热流体可在给定的温度下使用(工厂公用设施)。它是工业上使用最广泛的系统(90%以上)，因为设计相对容易，成本较低(直接使用工厂的公用设施)。因此，这类过程的控制任务比较困难，可以分为两部分：一是选择合适的流体，二是对该实用流体的流量采取适当的措施，以使其满意地跟踪出理想的温度分布。因此，要从加热到冷却，需要更换流体，从而导致操作的连续性。选择性构型是单流体体系。该系统只使用一种流体，其温度可以通过中间热环进行修改，以达到预期的反应器温度，其中可能包括节流交换器、动力搅拌器等。然而，这种外部热环扫描的动态正在受到惩罚，特别是在迫切需要快速冷却或加热的情况下。新的加热-冷却系统，它利用蒸汽(乙二醇/水)在需要快速加热(冷却)时的大加热(冷却)能力。另一方面，对于正常的操作条件，使用单一的流体以足够快的流速循环，以确保良好的传热系数为首选。开发了一种新的控制和监督方法。它是基于在线计算每种结构的最大热流容量(即：蒸汽、中间流体、乙二醇/水)，并由控制器计算跟踪温度设定点所需的热流(操纵变量)。[2]

　　2. 石灰窑煅烧石灰石温度优化控制研究

　　2.1结构

　　窑本身一般被认为由三部分组成。第一部分是预热器或链段，其中碳酸钙干燥和球化。第二部分是煅烧区，加热到1150℃左右，然后转化为氧化钙。有些炉窑有一个第三节，那里的生石灰是冷却的，二次燃烧的空气是预热的。在大多数情况下，冷却器是由在窑炉燃烧端的窑周周围布置的一系列管子组成的。在900℃以上的温度下，吸热法需要3.0kJ/kg的石灰。大多数窑炉使用天然气或石油作为燃料来源。有些装置使用生态燃料，但人们担心灰渣会在石灰中造成有害的污染物堆积，这可能会对再吸收厂产生的烧碱质量产生不利影响。饲料通过窑的运输时间随生产速度而变化，但通常在3至4小时之间。[3]

　　2.2燃烧器

　　在许多窑炉中，燃烧器被用来破坏纸浆厂其他部分产生的不可凝结气体(NCG)。这些气体与主要燃料一起在石灰窑中收集和燃烧。NCGS的可调热值会对窑的运行造成额外的干扰。石灰窑受到许多干扰和变化，有些是可以测量的，有些则是不能测量的。对窑的运作产生不利影响的常见问题是：由于过滤作用的改变和滤布的周期性重装，泥浆进料率的变化，不同的泥浆含水量，泥料中过量的碳酸钠(NaCO 3)，在窑中燃烧的NCG中流动和热量的变化，非线性燃烧和酸橙煅烧特性，仪器控制回路的手动操作，不可靠操作高炉窑炉仪器，操作人员倾向于以“舒适”模式而不是最有效的方式运行窑炉，一班和下一班之间的窑控制策略不同，每次换档时都会造成窑顶。[4]

　　2.3动态仿真与预测控制

　　动态仿真与预测控制器，开发控制系统所需的数学过程模型的准确性和复杂性取决于加工目标、控制目标和所需的自动化程度。仿真实验环境为：Lenovo，Intel Core-I5，3.3 GHz处理器，500 GB硬盘，操作系统为Windows XP。并將温度控制方法作为对照组。通过对跟踪轨迹的跟踪效果进行分析，以对不同方法的控制性能进行分析。通过对流过其电流信号的大小进行控制，从而对加热功率进行调节，进而实现温度控制。因此，采用STM32F101R8单片机作为主控器，以达林算法作为控制策略，以监测的实时温度信号为依据，通过执行单元控制流经退火炉的电流大小，从而实现对其温度的控制。

　　结束语：综上所述，控制器在每次采样时计算与导管套内的热流体交换的热流量，以达到所需的反应器温度分布。然后利用这些信息根据在线计算的最大和最小热流容量来选择热流。这种方法允许克服在间歇反应过程中经常遇到的效用流体切换引起的不连续性。——论文作者：保善裕