水泥生产线回转窑系统预分解煅烧过程控制方法研究

作     者：张晓 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左为恒

授予年度：2016年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：回转窑烧成带 智能串级 前馈机制 自适应内模控制 

摘      要：新型干法水泥工业是一个能耗很大的产业,尤其是水泥生料预分解和窑内煅烧环节需要大量的热量来维持反应热工,不合理的控制极易造成能源的浪费。此外,生料的窑外预分解和回转窑煅烧过程都伴有复杂的热反应,具有非线性、长滞后、控制参量多和不确定干扰等特点,这些因素很容易造成生产过程的不稳定,当前的控制方法又难以满足水泥生产工艺要求。为此,本文对新型干法水泥生产中的预分解和煅烧过程的控制方法做了以下研究:水泥生产过程中高温风机是稳定窑系统风负压,保障预热器物料气固分离的重要设备。本文利用高压变频器实时对高温风机转速实施调节,消除了滑差损失,达到了节能的效果。针对目前回转窑煅烧过程总体处于开环控制状态,存在人为因素影响大,难以持续保持最佳工况的问题,本文从回转窑给煤量的角度出发,提出了一种基于模糊串级控制系统来调节燃料的增减而快速稳定回转窑烧成带前端温度的控制策略。此控制思想的核心是当烧成带前端温度稳定时,就依靠内环PID进行给煤量控制,当温度不稳定时,通过外环温度的实时反馈,由模糊控制算法计算出合适的给煤量,在线调整内环给煤量设定值,以稳定回转窑烧成带前端所需要的反应温度,利用MATLAB仿真分析,对比常规的PID控制具有更好的动态性能和较强的稳定性。水泥窑体的透气性对于水泥生产极为重要,而窑体的透气性可以由烧成带尾温度直接反映;通常烧成带尾端温度主要由燃煤量来控制,但是生料的投放量对其影响仍然是一个很关键的因素,控制生料的投放量可以作为控制水泥烧成带尾端温度的一种技术手段。本文引入含氧量前馈调节机制,提出了在燃煤燃值给定稳定条件下,主要通过调节生料的投放量,来稳定带尾温度,保证窑系统良好的透气性。为了能够更好控制熟料的煅烧过程,在烧成带温度受系统风负压干扰的情况下,系统采用了基于渐近稳定原理的自适应内模叠加含氧量前馈方法来控制变频生料滑差电机,通过增减投料量来进一步稳定窑温;且引入的氧含量前馈控制能够预先作用于变频生料给料机,及时调整给料量,维持热工稳定,提高了烧成带尾端温度控制的动态与稳态性能,增强了系统的鲁棒性,并进行了仿真实验,结果表明该方法能够实现对风负压、带尾温度和生料投放量等参数的较好地协调控制,对节能降耗产生积极作用。