考虑质量与能耗的水泥熟料生产过程控制及优化
发布时间：2021-10-25 00:02
水泥工业是国民经济建设的重要产业,水泥熟料烧成是水泥生产过程的重要环节,具有大惯性、非线性、大滞后、强耦合等特点,是水泥生产过程控制的重点和难点。目前,很多水泥企业的自动化整体水平还不高,对质量和能耗的控制仍然需要依靠操作人员结合DCS的监控和自身经验进行调控。本文研究考虑质量与能耗的水泥熟料生产过程优化模型,设计分解炉环节和回转窑环节的模型预测控制器,以实现分解炉炉温和回转窑窑尾温度的自动控制和生产优化。本文首先介绍了新型干法水泥生产工艺流程及其主要生产环节,并阐述了本课题的选题背景及意义,同时综述了课题的国内外研究现状。第二章分析了水泥熟料生产过程的操作变量和受控变量及其相互关联,研究了熟料的质量目标和能耗目标的控制和优化方法,并选定熟料质量指标（游离氧化钙含量）软测量模型的输入变量,确定以能耗最小化为目标、质量指标为约束的优化模型,最后介绍了考虑质量与能耗的控制与优化系统整体设计方案。第三章建立了考虑质量与能耗的水泥生产过程控制与优化模型。首先介绍了建模所用数据的采集方法,进行数据预处理,基于拟合误差最小的原则得到软测量模型输入量和输出量的最佳时间匹配。然后分别用最小二乘支持向量...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
读取指定位号对应变量数据的SQL语句此系统可以实时显示出各个生产环节的操作变量和受控变量的数据，用于实
东南大学硕士学位论文18图3.2指定时间跨度数据的显示效果3.1.2数据预处理在建模之前，需要对工业现场采集的数据进行预处理工作，预处理主要是对噪音信号进行过滤、数据的填充以及异常值的剔除。（1）异常值剔除由于设备故障或者停窑检修等原因，会导致采集到的数据出现明显异常。对于这类异常值，可以通过确定正常波动范围然后对数据进行限幅处理，也可以根据经验将不合理的数据剔除。通常还可根据3准则对异常数据进行剔除，对每一个数据与均值的误差进行判断，若其大于3倍标准差则予以剔除。21()||31niiixxxxn（3.1）其中：11niixxn为平均值。（2）不完备数据处理由于传感器或者数据采集统计的问题，在某个别采样时刻会出现一些空值，通常可以直接使用上一个有效数据插入代替，或者可以选择使用空值前后数据的平均值进行插值处理。(1)(1)()2xtxtxt（3.2）其中：x(t)——作为t时刻的插值数据；x(t1)、x(t1)——分别对应t1和t1的真实数据。
水泥熟料烧成是水泥生产过程最为重要的环节,由预热器、分解炉、回转窑、篦冷机等环节配合完成,是一个分布式的生产系统,各个环节相互关联和影响,上游的操作或扰动会对下游造成直接影响。水泥熟料烧成主要是水泥生料(其主要成分是碳酸钙)经过预热器和分解炉发生分解反应,通常可以达到90%以上的入窑分解率,然后在回转窑内发生固相反应和烧结反应生成熟料的主要矿物硅酸三钙,然后高温熟料经过篦冷机,进行急速冷却,硅酸三钙等矿物形成晶体析出。生料到熟料的锻烧流程以及物料和气体在各环节之间的流向过程如图1.2所示。生料经过配比和预均化后,首先进入五级旋风预热器的第一级预热器进行预热,上升的热气流与生料热交换气固分离,生料往下进入二、三、四级预热器之后温度达到分解反应的温度并进入分解炉,在炉内煤粉燃烧热交换下发生碳酸钙的分解反应。经过分解的物料通过第五级预热器,从窑尾进入回转窑,窑内物料经过分解、高温锻烧完成固相反应和烧结反应形成水泥熟料。熟料随着回转窑转动落入篦冷机内,进行快速冷却,在篦冷机的作用下,熟料温度降至下一阶段熟料粉磨机可接受的温度。而气体的流动整体上和生料流动方向相反,由篦冷机通过鼓风机吹入,除了废气排除部分和发电部分的气体之外,其余的风量分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉,为熟料的锻烧和生料的分解提供氧气和热源,然后汇合进入第五级预热器,沿着各级预热器向上对生料进行旋风加热,最后变成尾气进入收尘装置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能预测控制在水泥生产脱硝系统中的应用[J]. 张成伟,刘小蒙,孙雪平. 水泥. 2018(11)
[2]新型干法水泥生产技术优化与节能技术的应用[J]. 王正运,郭彦卫,范英杰,崔彦真. 四川水泥. 2018(07)
[3]优化配料方案 提高熟料产质量[J]. 梁克峰. 中国水泥. 2018(04)
[4]一种分解炉出口温度控制的专家优化控制方法[J]. 王磊,郭晓斌,张成伟,柴晓东,张焱. 水泥工程. 2018(01)
[5]基于多元自适应回归样条的水泥能耗评估[J]. 王盛慧,赵二卫. 化工自动化及仪表. 2017(12)
[6]提高水泥强度的研究探讨[J]. 白银涛. 中国水泥. 2017(09)
[7]水泥生产工艺的节能技术分析[J]. 包良珠. 四川水泥. 2017(08)
[8]预分解窑熟料产质量的提高与稳定[J]. 穆乾,吴安龙. 水泥工程. 2016(03)
[9]国内外水泥生产自动化及测控技术介绍[J]. 王俊杰,田桂萍,汪澜. 水泥. 2015(10)
[10]浅析水泥易烧性的研究对水泥生产节能降耗的意义[J]. 韩立杨. 水泥技术. 2015(03)
博士论文
[1]炼焦过程综合生产目标的智能预测与协调优化研究[D]. 王伟.中南大学 2011
硕士论文
[1]基于典型工况模型的篦冷机预测控制研究[D]. 张俊.济南大学 2017
[2]模糊控制和专家系统在水泥分解炉控制中的应用[D]. 张振中.河北科技大学 2016
[3]基于自动配料的水泥生料质量控制研究[D]. 万新.济南大学 2015
[4]基于极限学习机的水泥熟料游离氧化钙含量预报方法研究[D]. 张超宇.湖南大学 2015
[5]新型干法水泥生产技术优化与节能技术的应用[D]. 谢小利.广西大学 2012
[6]水泥熟料质量等级的半监督模糊聚类建模方法[D]. 杨振良.郑州大学 2011
[7]新型干法水泥生产过程中智能燃烧专家系统的研究[D]. 钱方正.武汉理工大学 2006
本文编号：3456257
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
读取指定位号对应变量数据的SQL语句此系统可以实时显示出各个生产环节的操作变量和受控变量的数据，用于实
东南大学硕士学位论文18图3.2指定时间跨度数据的显示效果3.1.2数据预处理在建模之前，需要对工业现场采集的数据进行预处理工作，预处理主要是对噪音信号进行过滤、数据的填充以及异常值的剔除。（1）异常值剔除由于设备故障或者停窑检修等原因，会导致采集到的数据出现明显异常。对于这类异常值，可以通过确定正常波动范围然后对数据进行限幅处理，也可以根据经验将不合理的数据剔除。通常还可根据3准则对异常数据进行剔除，对每一个数据与均值的误差进行判断，若其大于3倍标准差则予以剔除。21()||31niiixxxxn（3.1）其中：11niixxn为平均值。（2）不完备数据处理由于传感器或者数据采集统计的问题，在某个别采样时刻会出现一些空值，通常可以直接使用上一个有效数据插入代替，或者可以选择使用空值前后数据的平均值进行插值处理。(1)(1)()2xtxtxt（3.2）其中：x(t)——作为t时刻的插值数据；x(t1)、x(t1)——分别对应t1和t1的真实数据。
水泥熟料烧成是水泥生产过程最为重要的环节,由预热器、分解炉、回转窑、篦冷机等环节配合完成,是一个分布式的生产系统,各个环节相互关联和影响,上游的操作或扰动会对下游造成直接影响。水泥熟料烧成主要是水泥生料(其主要成分是碳酸钙)经过预热器和分解炉发生分解反应,通常可以达到90%以上的入窑分解率,然后在回转窑内发生固相反应和烧结反应生成熟料的主要矿物硅酸三钙,然后高温熟料经过篦冷机,进行急速冷却,硅酸三钙等矿物形成晶体析出。生料到熟料的锻烧流程以及物料和气体在各环节之间的流向过程如图1.2所示。生料经过配比和预均化后,首先进入五级旋风预热器的第一级预热器进行预热,上升的热气流与生料热交换气固分离,生料往下进入二、三、四级预热器之后温度达到分解反应的温度并进入分解炉,在炉内煤粉燃烧热交换下发生碳酸钙的分解反应。经过分解的物料通过第五级预热器,从窑尾进入回转窑,窑内物料经过分解、高温锻烧完成固相反应和烧结反应形成水泥熟料。熟料随着回转窑转动落入篦冷机内,进行快速冷却,在篦冷机的作用下,熟料温度降至下一阶段熟料粉磨机可接受的温度。而气体的流动整体上和生料流动方向相反,由篦冷机通过鼓风机吹入,除了废气排除部分和发电部分的气体之外,其余的风量分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉,为熟料的锻烧和生料的分解提供氧气和热源,然后汇合进入第五级预热器,沿着各级预热器向上对生料进行旋风加热,最后变成尾气进入收尘装置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能预测控制在水泥生产脱硝系统中的应用[J]. 张成伟,刘小蒙,孙雪平. 水泥. 2018(11)
[2]新型干法水泥生产技术优化与节能技术的应用[J]. 王正运,郭彦卫,范英杰,崔彦真. 四川水泥. 2018(07)
[3]优化配料方案 提高熟料产质量[J]. 梁克峰. 中国水泥. 2018(04)
[4]一种分解炉出口温度控制的专家优化控制方法[J]. 王磊,郭晓斌,张成伟,柴晓东,张焱. 水泥工程. 2018(01)
[5]基于多元自适应回归样条的水泥能耗评估[J]. 王盛慧,赵二卫. 化工自动化及仪表. 2017(12)
[6]提高水泥强度的研究探讨[J]. 白银涛. 中国水泥. 2017(09)
[7]水泥生产工艺的节能技术分析[J]. 包良珠. 四川水泥. 2017(08)
[8]预分解窑熟料产质量的提高与稳定[J]. 穆乾,吴安龙. 水泥工程. 2016(03)
[9]国内外水泥生产自动化及测控技术介绍[J]. 王俊杰,田桂萍,汪澜. 水泥. 2015(10)
[10]浅析水泥易烧性的研究对水泥生产节能降耗的意义[J]. 韩立杨. 水泥技术. 2015(03)
博士论文
[1]炼焦过程综合生产目标的智能预测与协调优化研究[D]. 王伟.中南大学 2011
硕士论文
[1]基于典型工况模型的篦冷机预测控制研究[D]. 张俊.济南大学 2017
[2]模糊控制和专家系统在水泥分解炉控制中的应用[D]. 张振中.河北科技大学 2016
[3]基于自动配料的水泥生料质量控制研究[D]. 万新.济南大学 2015
[4]基于极限学习机的水泥熟料游离氧化钙含量预报方法研究[D]. 张超宇.湖南大学 2015
[5]新型干法水泥生产技术优化与节能技术的应用[D]. 谢小利.广西大学 2012
[6]水泥熟料质量等级的半监督模糊聚类建模方法[D]. 杨振良.郑州大学 2011
[7]新型干法水泥生产过程中智能燃烧专家系统的研究[D]. 钱方正.武汉理工大学 2006
本文编号：3456257
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3456257.html
