新型干法水泥生产过程控制策略优化

王汪洋

(武汉建筑材料工业设计研究院有限公司,湖北 武汉 430070)

新型干法水泥生产虽在工艺上有了很大的改进,明显提高了优质性、环保性、高效性,但距离理想的均衡稳定状态还有一段路程。多变量、强祸合的过程使系统的控制精度较低,水泥均衡温度的生产以及熟料的质量很难保证,造成单位产量的能耗增加而劳动生产率下降。因此,提出粉磨过程的多模型的预测及优化系统,利用专家系统实现对回转窑生产过程的联合控制,对降低单位产量能耗,提高生产效率具有重要意义。

1 常规控制策略

1.1 粉磨过程常规控制策略

在烘干粉磨系统生产中,为使粉磨作业处于良好状态,实现自动调节优化控制,计算机、自动化仪表、网络通信技术的运用越来越广泛。生料粉磨系统的自动控制实现极大地提高了后续工序的稳定性,准确的原料配比控制,确保粉磨机内的铁粉、粘土、石灰石及其它校正原料的配比符合标准。其次调节粉磨机的物料喂入量,保障磨机负荷良好,可在最佳负荷点工作,以提高粉磨效率。

1.2 回转窑系统常规控制策略

在窑内物料缎烧过程中,为维持最佳的热工状态与热力分布,需密切关注各项工艺的热工参数,燃料燃烧及气流的温度、不同温度带物料滞留时间等。回转窑系统的主要被控参数有氮氧化物浓度、烧成带温度、窑尾温度,主要控制参数有主排风机转速、窑进煤量、回转窑转速。其中,烧成带温度和窑尾温度是保证热工过程稳定,常规控制策略主要有烧成带温度控制回路、窑尾温度控制回路。

1.3 常规控制策略的局限性

水泥生产过程常规控制设立许多个独立的自动控制调节回路,先进行单回路的调节控制,再链接这些回路以实现整个生产过程的控制。但水泥生产过程的输入输出变量多,并且他们之间存在着揭合关系,各控制器之间的常规控制是相互独立的,很难应付强祸合、多变量的过程,导致系统的控制精度较低,难以确保水泥均衡温度的生产及熟料的质量,使得劳动生产率降低、单位产量能耗提高。

2 生产过程控制策略优化

2.1 粉磨过程多模型预测及负荷控制策略优化

2.1.1 粉磨过程多模型预测控制模型策略

最常用的粉磨设备为球磨机,粉磨过程的被控变量是磨机负载,选粉机的出料流速操纵变量是喂料流速,选粉速率主要干扰变量是磨机内物料的硬度。非线性系统多模型预测控制策略能使粉磨机在不同的工况点稳定运行,避免“空磨”、“饱磨”现象。在此基础上,可实现磨机负荷设定值的优化。

2.1.2 磨机负荷优化控制策略

研究表明,随着磨机负荷的增大磨音特性曲线单调递减,磨音变小、频率降低,则磨机负荷增大,反之则减小。以磨音信号和磨机出入口压差作为主控制参数,构成的控制回路作为系统的外环,外环根据磨机负荷控制回路的设定值与当前测量信号的偏差,应用磨机负荷优化控制器计算得到最优负荷值并以此作为设定值。由磨机系统与多模型预测控制器构成的磨机负荷控制回路作为系统的内环,内环应用多模型预测控制器与外环提供的设定值计算获得当前最优输入△U,并运用于粉磨过程,从而使球磨机的工作效率达到最高。

2.2 回转窑生产过程控制策略优化

2.2.1 回转窑生产过程专家系统控制策略

专家系统是一类包含知识和推理的智能计算机程序,是运用基于知识的程序设计方法搭建的计算机系统。它拥有某个特殊领域内专家的经验与知识,即那些解决专业问题非常熟悉的人们。这种专门技术来源于处理问题的丰富经验与扎实专业知识,并能像专家那样运用这些知识,通过演算推理,对该领域内的问题作出决策。专家系统主要包括知识库、知识获取、推理机、推理咨询等组成要素。

2.2.2 回转窑生产过程的专家规则

操作员在判断回转窑工况时,一般关注温度及功率(一般指电流或转速的变动),并兼顾压力的变化。回转窑在稳定状态下的控制程序是通过投产后实际摸索来确定的。窑系统的操纵变量主要有原料喂入量、窑转速预热器主排风机转数和入口风门开度、蓖冷机三室通风量、窑进煤量分解炉入口三次风风门开度。在进行专家控制时,根据四项被控变量的上下限来检验它们的实际输出值。

2.3 模型预测控制与专家系统组合控制策略

模型预测控制具有较强的抗干扰能力,控制器能快速抑制一些随机扰动。在回转窑系统中,随机扰动包括生料的化学成分及细度、周围环境的温度及湿度、燃料质量的变化等。比如“窑皮脱落”问题会造成烧成带温度快速降低、反应不稳定,MPC控制器难以解决,预测模型产生了很大的变化。在MPC控制的基础之上,合理运用现场操作员的知识与经验,搭建专家系统,根据操作员模型与一系列规则,逐步调节直到被控变量恢复到原先的允许范围内,使系统很快回到干扰前的状态,控制器校正后反馈的预测模型跟原来的模型相比变化较小,计算出来的操纵变量增量也很小。

3 结语

新型干法水泥生产过程具有非线性、大时滞、时变以及多变量祸合等多个特点,用常规的控制策略解决这些问题有很大的难度,但通过专家系统与模型预测控制进行组合控制的控制策略却能够较轻松地解决,并能保障窑系统稳定地均衡运行,降低能耗,降低生产成本。