FC分室右膏煅燒過(guò)程建模及優(yōu)化控制研究.pdf

1、FC即流態(tài)化煅燒的意思，F(xiàn)C分室石膏煅燒法將煅燒爐分成多個(gè)室的方法解決了傳統(tǒng)石膏生產(chǎn)過(guò)程中多相混合對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但同時(shí)也增加了十幾個(gè)溫度和壓力測(cè)點(diǎn)；將烘干和煅燒分成兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程提高了對(duì)原料含水率的適應(yīng)性，但由于烘干所用熱源來(lái)自煅燒余熱，并且烘干效果直接影響煅燒過(guò)程，對(duì)兩個(gè)過(guò)程間的協(xié)調(diào)控制提出了更高的要求。對(duì)于采用FC分室石膏煅燒法的生產(chǎn)過(guò)程，不僅要加強(qiáng)監(jiān)控，提高整個(gè)石膏煅燒過(guò)程的自動(dòng)化程度，還要對(duì)其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如FC爐進(jìn)行優(yōu)化控制

2、，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　 石膏產(chǎn)品中半水石膏的含量是煅燒效果的一個(gè)重要指標(biāo)，F(xiàn)C爐優(yōu)化控制的目的是保證產(chǎn)品中半水石膏的含量在95％以上。而來(lái)自熱風(fēng)爐熱風(fēng)溫度的波動(dòng)和原料含水率的波動(dòng)是FC爐煅燒過(guò)程兩個(gè)主要干擾，通過(guò)對(duì)熱風(fēng)爐的控制使其在石膏生產(chǎn)過(guò)程中穩(wěn)定供熱，通過(guò)對(duì)預(yù)烘干過(guò)程的控制使進(jìn)入FC爐的原料含水率維持在5％左右。圍繞這些控制要求，對(duì)預(yù)烘干過(guò)程、FC爐煅燒過(guò)程進(jìn)行了機(jī)理分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集需要的數(shù)據(jù)用不同的方法建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)

3、模型，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)滿(mǎn)足要求的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了預(yù)測(cè)控制算法、PID算法、變比值控制算法的分析、仿真、比較，確定出適合各回路的控制算法，最后通過(guò)Visual Studi02005軟件編寫(xiě)優(yōu)化控制算法和優(yōu)化界面在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證應(yīng)用。
　　 通過(guò)對(duì)FC爐煅燒過(guò)程的機(jī)理分析和FC爐幾個(gè)區(qū)溫度與煅燒效果的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)FC爐出料口溫度維持在160℃時(shí)，產(chǎn)品中半水石膏的含量最高，而影響FC爐溫度的幾個(gè)因素中只有熱風(fēng)閥閥門(mén)是可以隨時(shí)調(diào)節(jié)的，所以通

4、過(guò)調(diào)節(jié)熱風(fēng)閥閥門(mén)開(kāi)度控制FC爐出料口溫度。當(dāng)預(yù)烘干機(jī)入口氣體溫度恒定時(shí)，原料含水率不同時(shí)，喂料量也不同，通過(guò)分析預(yù)烘干機(jī)出口溫度與烘干后物料含水率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)出口溫度維持在75℃時(shí)烘干后的物料含水率可以維持在5％左右。
　　 通過(guò)前面的分析決定以FC爐出料口溫度為被控量，以熱風(fēng)閥閥門(mén)開(kāi)度為控制量來(lái)建立FC爐的數(shù)學(xué)模型。進(jìn)入FC爐的熱風(fēng)在四個(gè)室均有傳輸延時(shí)并且物料在各室的反應(yīng)過(guò)程也可以分別用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)表示，所以初步確定模型

5、為四階慣性加滯后。在FC爐穩(wěn)定工作狀態(tài)下，采集熱風(fēng)閥閥門(mén)開(kāi)度自60％階躍變化到65％和從68％階躍變化到63％這兩個(gè)過(guò)程中的800個(gè)數(shù)據(jù)，采用周期為2秒，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波處理后，利用最小二乘法原理，采用直接法和間接法建立出料口溫度和熱風(fēng)閥閥門(mén)的數(shù)學(xué)模型，并利用幾個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)驗(yàn)證和修正，最后確定間接法辨識(shí)的模型為最終模型，模型輸出與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際輸出的誤差最大為2℃。預(yù)烘干機(jī)的出口溫度可以反映烘干后的原料含水率，選擇預(yù)烘干機(jī)出口溫度為被控

6、量，預(yù)烘干機(jī)喂料量為控制量建立數(shù)學(xué)模型。喂料皮帶很短，物料經(jīng)過(guò)很短一段時(shí)間的傳輸延時(shí)后進(jìn)入預(yù)烘干機(jī)進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)20秒左右被出口降粉器收集，所以確定預(yù)烘干過(guò)程模型為一階慣性加滯后表示。在預(yù)烘干機(jī)穩(wěn)定工作狀態(tài)下，采集喂料量自25t/h階躍變化到27t/h和自26t/h階躍變化到24t/h這兩個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，經(jīng)過(guò)四次辨識(shí)后對(duì)參數(shù)求平均，并利用現(xiàn)場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定了預(yù)烘干過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。
　　 FC石膏總體控制方

7、案包括采用動(dòng)態(tài)矩陣控制算法對(duì)FC爐進(jìn)行控制和變比值PID串級(jí)算法對(duì)預(yù)烘干進(jìn)行控制，通過(guò)仿真確定了FC爐優(yōu)化控制幾個(gè)原始參數(shù)，分析了幾個(gè)參數(shù)對(duì)控制效果的影響，并與與其他控制算法的比較，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)矩陣控制具有很強(qiáng)的抗干擾能力。雖然預(yù)烘干過(guò)程時(shí)滯比較小，但單純的PID控制難以適應(yīng)于原料含水率的波動(dòng)和快速跟隨預(yù)烘干機(jī)入口溫度的變化，經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)增加喂料量與入口溫度變比值控制環(huán)節(jié)，解決了單純PID控制不能解決的問(wèn)題。
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