水泥生料分解過程智能控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、以預(yù)分解窯為代表的新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程包括生料制備、生料預(yù)熱及分解（以下簡(jiǎn)稱生料分解），熟料煅燒、熟料冷卻和煤粉制備五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工藝環(huán)節(jié)。其中，生料分解是在最下一級(jí)預(yù)熱器C5和回轉(zhuǎn)窯窯尾之間設(shè)置一個(gè)分解爐，設(shè)置燃料噴入裝置，使燃料燃燒的放熱過程與生料中碳酸鹽分解的吸熱過程在分解爐內(nèi)以懸浮態(tài)下迅速進(jìn)行，使進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的生料分解率達(dá)到85％～94％。反映生料分解過程的質(zhì)量、效率和安全的綜合指標(biāo)是生料分解率，它是指生料經(jīng)過分解爐和預(yù)熱器C

2、5后，分解成氧化物的碳酸鹽占總碳酸鹽的百分比。生料分解率過高，會(huì)產(chǎn)生預(yù)熱器C5下料管堵塞，甚至使生產(chǎn)停產(chǎn);生料分解率過低，會(huì)使得生料預(yù)熱效果差，增加下一工序回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，降低產(chǎn)能。
　　生料分解率與分解爐溫度和預(yù)熱器C5出口溫度之間具有強(qiáng)非線性，受生料流量和生料邊界條件（生料中Fe2O3含量、SiO2含量、Al2O3含量）及煤粉細(xì)度等因素影響，其特性隨生料易煅燒和難煅燒而變化，難以建立數(shù)學(xué)模型且不能連續(xù)在線檢測(cè)。分解爐溫度和預(yù)熱

3、器C5出口溫度與給煤量之間具有強(qiáng)非線性、大延時(shí)，且受生料流量的影響，難以用數(shù)學(xué)模型描述。因此難以采用已有的控制方法實(shí)現(xiàn)生料分解率的控制。目前生料分解率設(shè)定，分解爐溫度設(shè)定和溫度控制采用人工控制，當(dāng)生料邊界條件和生料流量頻繁變化時(shí)，操作員難以及時(shí)準(zhǔn)確地判斷運(yùn)行工況，難以及時(shí)準(zhǔn)確的確定分解爐溫度設(shè)定值和給煤量，同時(shí)難以使分解爐溫度跟蹤設(shè)定值和預(yù)熱器C5出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，造成生料分解率過高，致使預(yù)熱器C5下料管堵塞，甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。

4、>　　本文依托國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃重點(diǎn)課題《大型回轉(zhuǎn)窯智能控制系統(tǒng)》（編號(hào):2007AA041404），將生料分解率控制在目標(biāo)值范圍內(nèi)，同時(shí)盡可能提高設(shè)備臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為目標(biāo)，開展了生料分解過程智能控制系統(tǒng)的研究。提出了生料分解過程智能控制方法;設(shè)計(jì)和開發(fā)了實(shí)現(xiàn)上述控制方法的智能控制軟件;結(jié)合某水泥生產(chǎn)線進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、工業(yè)實(shí)驗(yàn)并投入運(yùn)行，取得了顯著的應(yīng)用效果。本文的主要成果如下:
　　1.提出了由易煅燒、難

5、煅燒生料識(shí)別，易煅燒生料分解過程控制，難煅燒生料分解過程控制組成的智能控制方法，其中易煅燒與難煅燒生料控制由分解率目標(biāo)值設(shè)定、分解爐溫度設(shè)定和溫度切換控制組成。
　　2.分解率目標(biāo)值設(shè)定由易煅燒生料分解率目標(biāo)值設(shè)定模型和難煅燒生料分解率目標(biāo)值設(shè)定模型組成，該模型采用減法聚類(SCM)和ANFIS確定易煅燒和難煅燒生料分解率目標(biāo)值。分解爐溫度設(shè)定模型由基于T-S模糊預(yù)設(shè)定模型，生料分解率軟測(cè)量模型，基于軟測(cè)量模型的反饋補(bǔ)償模型和基于

6、化驗(yàn)值的反饋補(bǔ)償模型組成。生料分解率軟測(cè)量模型采用基于遞歸限定記憶主元分析的最小二乘-支持向量機(jī)的方法。基于軟測(cè)量模型的反饋補(bǔ)償模型根據(jù)生料分解率目標(biāo)值和軟測(cè)量值誤差和誤差變化量，采用模糊推理計(jì)算分解爐溫度預(yù)設(shè)定值的補(bǔ)償量;基于化驗(yàn)值的反饋補(bǔ)償模型根據(jù)生料分解率實(shí)際化驗(yàn)值和生料分解率目標(biāo)值的誤差和誤差變化量，采用模糊推理計(jì)算分解爐溫度預(yù)設(shè)定值的補(bǔ)償量，從而獲得使生料分解率在目標(biāo)值范圍內(nèi)的溫度設(shè)定值。
　　3.易煅燒溫度切換控制由分

7、解爐溫度模糊PI切換控制器，基于規(guī)則推理的異常工況控制器、基于規(guī)則推理的前饋控制器和基于規(guī)則推理的切換機(jī)制組成;難煅燒溫度切換控制由分解爐溫度T-S模糊控制器，基于規(guī)則推理的異常工況控制器、基于規(guī)則推理的前饋控制器和基于規(guī)則推理的切換機(jī)制組成。其中，模糊控制器根據(jù)分解爐溫度跟蹤誤差調(diào)整給煤量，前饋控制器對(duì)生料流量變化進(jìn)行補(bǔ)償，切換機(jī)制對(duì)生料分解過程工況進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)異常工況出現(xiàn)時(shí)，自動(dòng)切換到異常工況控制器，從而保證預(yù)熱器C5出口溫度在規(guī)定

8、的范圍內(nèi)。
　　4.采用所提出的生料分解過程智能控制方法研制了智能控制軟件，該軟件包括生料分解率目標(biāo)值設(shè)定軟件、分解爐溫度設(shè)定軟件、溫度切換軟件和生料分解過程監(jiān)控軟件;
　　5.利用PLC系統(tǒng)和研制的智能控制軟件，結(jié)合某水泥廠的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和研制了全流程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行了控制系統(tǒng)安裝、調(diào)試、工業(yè)實(shí)驗(yàn)并投入運(yùn)行。工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所提出的控制方法與人工控制相比，分解爐溫度跟蹤誤差降低了10％，預(yù)熱器C5出