水泥熟料煅烧过程多目标优化研究

作     者：麻宗亮 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋萍

授予年度：2022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] 

主      题：熟料煅烧 机理分析 多目标优化 多模态控制 

摘      要：水泥熟料煅烧是水泥生产过程中一个极为重要的关键环节,具有多变量、非线性、大滞后、强耦合的复杂特性。水泥熟料煅烧不仅能源消耗大,并且对水泥质量起决定性作用。近年来,针对水泥熟料煅烧过程的优化控制研究从未停止,但由于国内水泥熟料生产过程智能化水平欠缺,关键过程参数的数据收集、监测技术不完备,现有优化控制侧重于单环节开展,未考虑环节之间及关键参数之间的耦合性等特点,导致目前针对水泥熟料煅烧过程的优化控制多数要依靠现场操作人员手动实现,实际的优化控制效果依赖于现场操作员的个人能力和经验水平,对最终优化控制效果的科学性、随机性产生了一定程度的影响。基于煅烧机理开展水泥熟料全过程多目标优化研究对实现稳定生产、提高熟料质量、降低系统能耗具有重要意义。本文针对水泥熟料煅烧全过程优化问题,重点开展了如下的研究工作:一、水泥熟料煅烧过程机理分析。将水泥熟料煅烧过程分为预热分解环节、回转窑烧成环节以及篦冷机冷却环节,从环节间的关联性关系、篦冷机的热效率以及熟料中游离氧化钙含量三个角度进行分析,确定熟料煅烧过程中的关键参数和优化目标,给出水泥熟料煅烧过程多目标优化设定方案。二、水泥熟料煅烧过程模型建立及多目标优化最优设定值确定。基于数据驱动建模方式对样本数据的要求,对样本数据进行预处理操作,提高样本数据中信息的真实性、可靠性。针对熟料煅烧过程多目标优化的最优预设值设定问题,提出了改进的快速非支配排序遗传算法获取熟料煅烧过程多目标优化的帕洛托解集方法,依据熟料冷却时热量交换对整个熟料煅烧过程的影响关系建立了基于热效率的最优预设值补偿模型,依据各个环节运行状态与熟料质量之间的关联关系建立了基于Fuzzy规则的最优预设值校正模型,通过三个模型的共同作用,最终确定当前工况下多目标优化的最优设定值。仿真结果验证了本文所提方法的合理性、可行性及有效性。三、多模态自动控制方法研究。基于水泥熟料煅烧过程多目标优化结果,结合分解炉温度、回转窑温度以及篦冷机篦下压力等被控参数自身调节变化缓慢、存在纯滞后的特点,建立了基于变速积分PID控制算法的多模态自动控制器,通过多模态自动切换规则,实现了Fuzzy控制器与Bang-Bang控制器对变速积分PID控制器的校正,获取快速、准确、稳定的控制效果。