發(fā)布時(shí)間：2020-09-14所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：石灰作為重要的工業(yè)原材料，石灰通過石灰窯煅燒而來，由于石灰窯溫度控制系統(tǒng)具有大純滯后、非線性、嚴(yán)重耦合等特征，會影響石灰石煅燒溫度的穩(wěn)定性，從而影響石灰的活性。針對普通的PID控制算法魯棒性較差，很難得到滿意的控制效果，因此提出數(shù)值模擬
摘要：石灰作為重要的工業(yè)原材料，石灰通過石灰窯煅燒而來，由于石灰窯溫度控制系統(tǒng)具有大純滯后、非線性、嚴(yán)重耦合等特征，會影響石灰石煅燒溫度的穩(wěn)定性，從而影響石灰的活性。針對普通的PID控制算法魯棒性較差，很難得到滿意的控制效果，因此提出數(shù)值模擬軟件的研制.本文給出了系統(tǒng)的動態(tài)仿真和先進(jìn)的控制策略。結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文主要探討了石灰窯煅燒石灰石溫度優(yōu)化控制研究。
關(guān)鍵詞：石灰窯;煅燒石灰石;溫度優(yōu)化控制;研究
引言：介紹了APILOT-植物間歇反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬軟件的研制.本文給出了系統(tǒng)的動態(tài)仿真和先進(jìn)的控制策略。本文介紹了一種可變加熱/冷卻溫度控制結(jié)構(gòu)的多用途間歇反應(yīng)器的研制和特點(diǎn)。這種策略是基于使用熱流作為操縱變量。
1. 工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度優(yōu)化控制研究
大量的工業(yè)過程，如聚合物的生產(chǎn)、特種和精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)、藥品、生物制品以及其他不能連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，都是批量生產(chǎn)的，在許多情況下，這種操作模式被用于生產(chǎn)各種需要有明顯不同特性的產(chǎn)品，如轉(zhuǎn)化時(shí)間、反應(yīng)熱等。這類反應(yīng)堆的良好控制往往難以實(shí)現(xiàn)(朱巴和哈默，1986年)，因?yàn)樗鼈兙哂徐`活和多用途的特點(diǎn)(不同的操作配置和對不同產(chǎn)品使用這些反應(yīng)堆)。提高了間歇反應(yīng)器的可重復(fù)性，提高了產(chǎn)率和選擇性，必須大幅度提高間歇反應(yīng)器的自動化程度.由于反應(yīng)混合物的復(fù)雜性和在線測量的困難，間歇反應(yīng)器的控制本質(zhì)上是一個(gè)溫度控制問題。此外，控制性能主要取決于與反應(yīng)器相關(guān)的加熱-冷卻系統(tǒng)。工業(yè)上常用兩種主要的打漿冷卻系統(tǒng)：統(tǒng)或多流體系統(tǒng)和單流體系統(tǒng)。[1]
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眾所周知的交替系統(tǒng)使效用流體交替地在導(dǎo)管架內(nèi)流動.這些熱流體可在給定的溫度下使用(工廠公用設(shè)施)。它是工業(yè)上使用最廣泛的系統(tǒng)(90%以上)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)相對容易，成本較低(直接使用工廠的公用設(shè)施)。因此，這類過程的控制任務(wù)比較困難，可以分為兩部分：一是選擇合適的流體，二是對該實(shí)用流體的流量采取適當(dāng)?shù)拇胧允蛊錆M意地跟蹤出理想的溫度分布。因此，要從加熱到冷卻，需要更換流體，從而導(dǎo)致操作的連續(xù)性。選擇性構(gòu)型是單流體體系。該系統(tǒng)只使用一種流體，其溫度可以通過中間熱環(huán)進(jìn)行修改，以達(dá)到預(yù)期的反應(yīng)器溫度，其中可能包括節(jié)流交換器、動力攪拌器等。然而，這種外部熱環(huán)掃描的動態(tài)正在受到懲罰，特別是在迫切需要快速冷卻或加熱的情況下。新的加熱-冷卻系統(tǒng)，它利用蒸汽(乙二醇/水)在需要快速加熱(冷卻)時(shí)的大加熱(冷卻)能力。另一方面，對于正常的操作條件，使用單一的流體以足夠快的流速循環(huán)，以確保良好的傳熱系數(shù)為首選。開發(fā)了一種新的控制和監(jiān)督方法。它是基于在線計(jì)算每種結(jié)構(gòu)的最大熱流容量(即：蒸汽、中間流體、乙二醇/水)，并由控制器計(jì)算跟蹤溫度設(shè)定點(diǎn)所需的熱流(操縱變量)。[2]
2. 石灰窯煅燒石灰石溫度優(yōu)化控制研究
2.1結(jié)構(gòu)
窯本身一般被認(rèn)為由三部分組成。第一部分是預(yù)熱器或鏈段，其中碳酸鈣干燥和球化。第二部分是煅燒區(qū)，加熱到1150℃左右，然后轉(zhuǎn)化為氧化鈣。有些爐窯有一個(gè)第三節(jié)，那里的生石灰是冷卻的，二次燃燒的空氣是預(yù)熱的。在大多數(shù)情況下，冷卻器是由在窯爐燃燒端的窯周周圍布置的一系列管子組成的。在900℃以上的溫度下，吸熱法需要3.0kJ/kg的石灰。大多數(shù)窯爐使用天然氣或石油作為燃料來源。有些裝置使用生態(tài)燃料，但人們擔(dān)心灰渣會在石灰中造成有害的污染物堆積，這可能會對再吸收廠產(chǎn)生的燒堿質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。飼料通過窯的運(yùn)輸時(shí)間隨生產(chǎn)速度而變化，但通常在3至4小時(shí)之間。[3]
2.2燃燒器
在許多窯爐中，燃燒器被用來破壞紙漿廠其他部分產(chǎn)生的不可凝結(jié)氣體(NCG)。這些氣體與主要燃料一起在石灰窯中收集和燃燒。NCGS的可調(diào)熱值會對窯的運(yùn)行造成額外的干擾。石灰窯受到許多干擾和變化，有些是可以測量的，有些則是不能測量的。對窯的運(yùn)作產(chǎn)生不利影響的常見問題是：由于過濾作用的改變和濾布的周期性重裝，泥漿進(jìn)料率的變化，不同的泥漿含水量，泥料中過量的碳酸鈉(NaCO 3)，在窯中燃燒的NCG中流動和熱量的變化，非線性燃燒和酸橙煅燒特性，儀器控制回路的手動操作，不可靠操作高爐窯爐儀器，操作人員傾向于以“舒適”模式而不是最有效的方式運(yùn)行窯爐，一班和下一班之間的窯控制策略不同，每次換檔時(shí)都會造成窯頂。[4]
2.3動態(tài)仿真與預(yù)測控制
動態(tài)仿真與預(yù)測控制器，開發(fā)控制系統(tǒng)所需的數(shù)學(xué)過程模型的準(zhǔn)確性和復(fù)雜性取決于加工目標(biāo)、控制目標(biāo)和所需的自動化程度。仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境為：Lenovo，Intel Core-I5，3.3 GHz處理器，500 GB硬盤，操作系統(tǒng)為Windows XP。并將溫度控制方法作為對照組。通過對跟蹤軌跡的跟蹤效果進(jìn)行分析，以對不同方法的控制性能進(jìn)行分析。通過對流過其電流信號的大小進(jìn)行控制，從而對加熱功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度控制。因此，采用STM32F101R8單片機(jī)作為主控器，以達(dá)林算法作為控制策略，以監(jiān)測的實(shí)時(shí)溫度信號為依據(jù)，通過執(zhí)行單元控制流經(jīng)退火爐的電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對其溫度的控制。
結(jié)束語：綜上所述，控制器在每次采樣時(shí)計(jì)算與導(dǎo)管套內(nèi)的熱流體交換的熱流量，以達(dá)到所需的反應(yīng)器溫度分布。然后利用這些信息根據(jù)在線計(jì)算的最大和最小熱流容量來選擇熱流。這種方法允許克服在間歇反應(yīng)過程中經(jīng)常遇到的效用流體切換引起的不連續(xù)性。——論文作者：保善裕
