石灰爐在線(xiàn)仿真技術(shù)與爐況診斷及復(fù)雜系統(tǒng)智能控制研究.pdf

1、石灰的燒成是一門(mén)古老的技術(shù)，近代以前石灰多用于建筑工程。隨著近代化工和冶金工業(yè)的興起，石灰的用途急劇增大，石灰生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究工作才得到重視。石灰生產(chǎn)設(shè)備以前多用土窯，近代開(kāi)始采用機(jī)械化立窯，其生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率成倍增長(zhǎng)而能耗成倍降低，但仍難以滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)快速增長(zhǎng)的高效益、低成本、高自動(dòng)化的要求，這種狀況制約著化工、冶金及造紙等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。石灰的生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，石灰爐本身是一個(gè)連續(xù)的反應(yīng)器，原料和燃料不斷輸入，產(chǎn)品和

2、二氧化碳等尾氣不斷輸出。以往產(chǎn)品質(zhì)量的判斷主要靠產(chǎn)品產(chǎn)出后樣品的化驗(yàn)，化驗(yàn)的結(jié)果固然可靠，但存在嚴(yán)重滯后，不能作為在線(xiàn)決策控制的依據(jù)。本文以φ4×21m石灰豎爐為研究對(duì)象，在原有檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加必要的在線(xiàn)檢測(cè)手段，充分收集石灰爐生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)信息，實(shí)現(xiàn)了石灰爐的“全息監(jiān)測(cè)”。 通過(guò)綜合運(yùn)用爐窯熱工及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理，開(kāi)發(fā)了石灰爐在線(xiàn)仿真優(yōu)化模型及軟件。在線(xiàn)仿真系統(tǒng)能實(shí)時(shí)計(jì)算石灰石煅燒分解率、出口RO2(指二氧化碳、二氧化

3、硫等)濃度、“三帶”(預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶)高度及爐內(nèi)溫度分布，并由計(jì)算機(jī)在線(xiàn)顯示、記錄運(yùn)行歷史曲線(xiàn)，為現(xiàn)場(chǎng)的考核與管理提供依據(jù)。在“全息監(jiān)測(cè)”與在線(xiàn)仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合石灰爐工藝的特點(diǎn)與工程技術(shù)人員、熟練操作工人的經(jīng)驗(yàn)，首次建立了石灰爐爐況診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，為生產(chǎn)運(yùn)行和操作提供在線(xiàn)指導(dǎo)。爐況診斷專(zhuān)家系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警、故障解釋及對(duì)策分析等多重功能。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，本文開(kāi)發(fā)了具有自組織與自學(xué)習(xí)功能的生石灰質(zhì)量預(yù)報(bào)模型，該系統(tǒng)以歷史

4、數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線(xiàn)訓(xùn)練，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)用在線(xiàn)信息檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生石灰質(zhì)量的實(shí)測(cè)值與預(yù)報(bào)值有很好的擬合程度，平均預(yù)報(bào)誤差為3.2％，為控制操作提供了準(zhǔn)確依據(jù)。 石灰生產(chǎn)過(guò)程中原料成分、含水量、進(jìn)料速度、焦炭成分等生產(chǎn)條件經(jīng)常變化，根據(jù)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程建立的模型中有很多參數(shù)必須通過(guò)機(jī)理分析、假設(shè)或大量實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，此外還需要檢測(cè)難以測(cè)量的諸多狀態(tài)變量。從過(guò)程控制的角度看，這種建模方法是很難實(shí)現(xiàn)的。基于模糊理論與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理

5、論，本文采用系統(tǒng)辨識(shí)方法將石灰爐看作一個(gè)“黑箱”，不分析其內(nèi)部的反應(yīng)機(jī)理，而只研究其主要控制變量和輸出變量之間的相互關(guān)系，充分吸收工藝操作知識(shí)，研究出石灰爐頂溫模糊控制器與多臺(tái)石灰爐出灰智能控制系統(tǒng)。前者將頂溫動(dòng)態(tài)控制在不同生產(chǎn)條件時(shí)仿真優(yōu)化目標(biāo)所確定的理想范圍；后者在綜合考慮了某廠(chǎng)石灰爐出灰系統(tǒng)復(fù)雜，非線(xiàn)性顯著的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)爐窯共用一套出灰線(xiàn)路，爐子之間彼此強(qiáng)烈耦合、重要工藝參數(shù)難以檢測(cè)等實(shí)際情況后，以石灰爐料層高度智能控制系統(tǒng)為基