新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程控制策略優(yōu)化

王汪洋

(武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北 武漢 430070)

新型干法水泥生產(chǎn)雖在工藝上有了很大的改進(jìn),明顯提高了優(yōu)質(zhì)性、環(huán)保性、高效性,但距離理想的均衡穩(wěn)定狀態(tài)還有一段路程。多變量、強(qiáng)禍合的過(guò)程使系統(tǒng)的控制精度較低,水泥均衡溫度的生產(chǎn)以及熟料的質(zhì)量很難保證,造成單位產(chǎn)量的能耗增加而勞動(dòng)生產(chǎn)率下降。因此,提出粉磨過(guò)程的多模型的預(yù)測(cè)及優(yōu)化系統(tǒng),利用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)合控制,對(duì)降低單位產(chǎn)量能耗,提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 常規(guī)控制策略

1.1 粉磨過(guò)程常規(guī)控制策略

在烘干粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)中,為使粉磨作業(yè)處于良好狀態(tài),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)化控制,計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化儀表、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。生料粉磨系統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)極大地提高了后續(xù)工序的穩(wěn)定性,準(zhǔn)確的原料配比控制,確保粉磨機(jī)內(nèi)的鐵粉、粘土、石灰石及其它校正原料的配比符合標(biāo)準(zhǔn)。其次調(diào)節(jié)粉磨機(jī)的物料喂入量,保障磨機(jī)負(fù)荷良好,可在最佳負(fù)荷點(diǎn)工作,以提高粉磨效率。

1.2 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)常規(guī)控制策略

在窯內(nèi)物料緞燒過(guò)程中,為維持最佳的熱工狀態(tài)與熱力分布,需密切關(guān)注各項(xiàng)工藝的熱工參數(shù),燃料燃燒及氣流的溫度、不同溫度帶物料滯留時(shí)間等?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)的主要被控參數(shù)有氮氧化物濃度、燒成帶溫度、窯尾溫度,主要控制參數(shù)有主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、窯進(jìn)煤量、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速。其中,燒成帶溫度和窯尾溫度是保證熱工過(guò)程穩(wěn)定,常規(guī)控制策略主要有燒成帶溫度控制回路、窯尾溫度控制回路。

1.3 常規(guī)控制策略的局限性

水泥生產(chǎn)過(guò)程常規(guī)控制設(shè)立許多個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)回路,先進(jìn)行單回路的調(diào)節(jié)控制,再鏈接這些回路以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。但水泥生產(chǎn)過(guò)程的輸入輸出變量多,并且他們之間存在著揭合關(guān)系,各控制器之間的常規(guī)控制是相互獨(dú)立的,很難應(yīng)付強(qiáng)禍合、多變量的過(guò)程,導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度較低,難以確保水泥均衡溫度的生產(chǎn)及熟料的質(zhì)量,使得勞動(dòng)生產(chǎn)率降低、單位產(chǎn)量能耗提高。

2 生產(chǎn)過(guò)程控制策略優(yōu)化

2.1 粉磨過(guò)程多模型預(yù)測(cè)及負(fù)荷控制策略優(yōu)化

2.1.1 粉磨過(guò)程多模型預(yù)測(cè)控制模型策略

最常用的粉磨設(shè)備為球磨機(jī),粉磨過(guò)程的被控變量是磨機(jī)負(fù)載,選粉機(jī)的出料流速操縱變量是喂料流速,選粉速率主要干擾變量是磨機(jī)內(nèi)物料的硬度。非線性系統(tǒng)多模型預(yù)測(cè)控制策略能使粉磨機(jī)在不同的工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行,避免“空磨”、“飽磨”現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷設(shè)定值的優(yōu)化。

2.1.2 磨機(jī)負(fù)荷優(yōu)化控制策略

研究表明,隨著磨機(jī)負(fù)荷的增大磨音特性曲線單調(diào)遞減,磨音變小、頻率降低,則磨機(jī)負(fù)荷增大,反之則減小。以磨音信號(hào)和磨機(jī)出入口壓差作為主控制參數(shù),構(gòu)成的控制回路作為系統(tǒng)的外環(huán),外環(huán)根據(jù)磨機(jī)負(fù)荷控制回路的設(shè)定值與當(dāng)前測(cè)量信號(hào)的偏差,應(yīng)用磨機(jī)負(fù)荷優(yōu)化控制器計(jì)算得到最優(yōu)負(fù)荷值并以此作為設(shè)定值。由磨機(jī)系統(tǒng)與多模型預(yù)測(cè)控制器構(gòu)成的磨機(jī)負(fù)荷控制回路作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán),內(nèi)環(huán)應(yīng)用多模型預(yù)測(cè)控制器與外環(huán)提供的設(shè)定值計(jì)算獲得當(dāng)前最優(yōu)輸入△U,并運(yùn)用于粉磨過(guò)程,從而使球磨機(jī)的工作效率達(dá)到最高。

2.2 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程控制策略優(yōu)化

2.2.1 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程專家系統(tǒng)控制策略

專家系統(tǒng)是一類包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序,是運(yùn)用基于知識(shí)的程序設(shè)計(jì)方法搭建的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它擁有某個(gè)特殊領(lǐng)域內(nèi)專家的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí),即那些解決專業(yè)問(wèn)題非常熟悉的人們。這種專門(mén)技術(shù)來(lái)源于處理問(wèn)題的豐富經(jīng)驗(yàn)與扎實(shí)專業(yè)知識(shí),并能像專家那樣運(yùn)用這些知識(shí),通過(guò)演算推理,對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題作出決策。專家系統(tǒng)主要包括知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取、推理機(jī)、推理咨詢等組成要素。

2.2.2 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程的專家規(guī)則

操作員在判斷回轉(zhuǎn)窯工況時(shí),一般關(guān)注溫度及功率(一般指電流或轉(zhuǎn)速的變動(dòng)),并兼顧壓力的變化。回轉(zhuǎn)窯在穩(wěn)定狀態(tài)下的控制程序是通過(guò)投產(chǎn)后實(shí)際摸索來(lái)確定的。窯系統(tǒng)的操縱變量主要有原料喂入量、窯轉(zhuǎn)速預(yù)熱器主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度、蓖冷機(jī)三室通風(fēng)量、窯進(jìn)煤量分解爐入口三次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度。在進(jìn)行專家控制時(shí),根據(jù)四項(xiàng)被控變量的上下限來(lái)檢驗(yàn)它們的實(shí)際輸出值。

2.3 模型預(yù)測(cè)控制與專家系統(tǒng)組合控制策略

模型預(yù)測(cè)控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力,控制器能快速抑制一些隨機(jī)擾動(dòng)。在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中,隨機(jī)擾動(dòng)包括生料的化學(xué)成分及細(xì)度、周圍環(huán)境的溫度及濕度、燃料質(zhì)量的變化等。比如“窯皮脫落”問(wèn)題會(huì)造成燒成帶溫度快速降低、反應(yīng)不穩(wěn)定,MPC控制器難以解決,預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生了很大的變化。在MPC控制的基礎(chǔ)之上,合理運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)操作員的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),搭建專家系統(tǒng),根據(jù)操作員模型與一系列規(guī)則,逐步調(diào)節(jié)直到被控變量恢復(fù)到原先的允許范圍內(nèi),使系統(tǒng)很快回到干擾前的狀態(tài),控制器校正后反饋的預(yù)測(cè)模型跟原來(lái)的模型相比變化較小,計(jì)算出來(lái)的操縱變量增量也很小。

3 結(jié)語(yǔ)

新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程具有非線性、大時(shí)滯、時(shí)變以及多變量禍合等多個(gè)特點(diǎn),用常規(guī)的控制策略解決這些問(wèn)題有很大的難度,但通過(guò)專家系統(tǒng)與模型預(yù)測(cè)控制進(jìn)行組合控制的控制策略卻能夠較輕松地解決,并能保障窯系統(tǒng)穩(wěn)定地均衡運(yùn)行,降低能耗,降低生產(chǎn)成本。