По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 661.183

Анализ современного состояния разработок в сфере автоматизации вращающихся цементных печей

Ващенко Р.А. Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова, г. Белгород, E-mail: vaschenko@yandex.ru

Рассмотрены основные технологические схемы производства цемента. Приведен анализ вращающейся цементной печи как объекта автоматизации – выделены управляющие, возмущающие воздействия, технологические переменные. Сделан анализ методов и подходов, которые ранее применялись для решения вопроса интенсификации производства клинкера на основе автоматизации вращающихся печей, работающих по мокрому способу производства клинкера, отечественными и зарубежными учеными. Рассмотрен широкий спектр различных типов моделей и способов их построения, в том числе на основе диаграмм поведения, а также целесообразность их применения при автоматизации цементных печей. Показана актуальность совершенствования систем автоматизации цементных печей.

Литература:

1. Рубан А.Б. Разработка метода оптимизации режима обжига портландцементного клинкера путем оценки степени грануляции обжигаемого материала в различных технологических зонах: дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.11 / Рубан Александр Борисович. - Москва, 1983. – 193 c.

2. Шубин М. В. Автоматическая система упреждения аварий (разрушения огнеупорной футеровки) мощных вращающихся печей: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Шубин Михаил Владимирович [Место защиты: Нац. исслед. технол. ун-т]. – Москва, 2010. – 27 с.

3. Порхало В. А. Автоматизация процесса обжига клинкера на основе статистической идентификации динамических параметров вращающейся печи: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Порхало Василий Александрович [Место защиты: Белгород.гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова]. - Белгород, 2012. – 19 с.

4. Бабаджани Г. Автоматизация управления технологическим комплексом обжига сыпучих строительных материалов: На примере предприятий Республики Алжир: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Моск. гос. строит.ун-т. – Москва, 2004. – 23 с.

5. Пиров Ф.С. Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цемента: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Пиров Фуркат Сайфуллоевич [Место защиты: Моск. автомобил.-дорож. гос. техн. ун-т (МАДИ)]. – Москва, 2011. – 23 с.

6. Нусс М.В. Советующая интеллектуальная система управления процессом обжига цементного клинкера для интенсификации работы вращающихся печей: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06, 05.17.11 / Нусс Максим Владимирович [Место защиты: Белгород.гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова]. - Белгород, 2014. – 22 с.

7. Новоселов А.Г. Интенсификация процесса обжига цементного клинкера путем повышения эффективности работы холодильника: дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.11 / Новоселов Алексей Геннадьевич [Место защиты: Белгород.гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова]. – Белгород, 2013. – 147 с.

8. Титов О.В. Математическое моделирование обжига известково-нефелиновой и цементной шихты в трубчатых вращающихся печах // Записки Горного института, 2011. – Том 10. – С. 320-323.

9. Титов О.В. Оптимальное управление процессом обжига шихты во вращающихся трубчатых печах в производстве глинозема и попутной продукции: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Титов Олег Васильевич [Место защиты: С.-Петерб. гос. гор.ун-т]. - Санкт-Петербург, 2011. – 20 с.

10. Фадеев А.С. Автоматизация технологического процесса вспучивания керамзита во вращающейся печи: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Фадеев Александр Сергеевич [Место защиты: Сам.гос. техн. ун-т]. – Самара, 2011. – 19 с.

11. Соломина В. К. Алгоритмы адаптивного управления распределенными объектами: обжигом извести и клинкера во вращающихся печах, плавкой стали в дуговых сталеплавильных печах: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Красноярский гос. техн. ун-т. – Красноярск, 2001. – 21 с.

12. Шариков Ю.В. Оптимальное управление процессами обжига при получении гидроксида алюминия и цементного клинкера в трубчатых вращающихся печах / Ю.В. Шариков, Ф.Ю. Шариков, О.В. Титов // Теоретические основы химической технологии. – 2017. – №4. – С. 478-48.

13. Кудрявцева Е.А. Изучение тепловой работы цементной вращающейся печи / Е.А. Кудрявцева, Ю.И. Рахимова // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: сб. тр. 17-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов / под ред. Е.Б. Агапитова. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 2016. – С. 67–69.

14. Кузнецов В.А. Численное моделирование горения и теплообмена в цементной вращающейся печи / В.А. Кузнецов, О.А. Рязанцев, А.В. Трулев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. – №4. – С. 161–164.

15. Салихов З.Г. Автоматизированная система выявления и устранения сколов обмазки и футеровки вращающейся печи без ее остановки // Цветные металлы. - 2013. – №1. – С. 91-94.

16. Салихов М.З. Интеллектуальная система автоматического управления мощными вращающимися печами обжига сыпучих металлургических материалов с использованием ассоциативных баз знаний / М.З. Салихов, З.Г. Салихов // Цветные металлы. – 2017. – №7. – С. 90–96.

17. Шариков Ю.В. Системы управления с использованием математических моделей технологических объектов в контуре управления / Ю.В. Шариков, Ф.Ю. Шариков // Math designer. – 2016. – №1. – С. 4-8.

18. Нусс М.В. Советующая система по управлению цементной вращающейся печью мокрого способа производства / М.В. Нусс, П.А. Трубаев, В.К. Классен // Фундаментальные исследования. – 2013. – №10. – С. 1699–1703.

19. Rodrigues, D.C.Q. Mathematical modeling of the temperature profiles of gas, solid, and kiln’s wall, and the concentration profiles of the main chemical species present inside the rotary kiln used in clinker production / D.C.Q. Rodrigues, A.P. Soares , E.F. Jr., Costa, A.O. Jr. Costa // Ceramica. – 2016. – 62 (362). – Pp. 140–146.

20. Rusu-Anghel, S. Experimental research on mathematical modelling and unconventional control of clinker kiln in cement plants // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017.

21. Mujumdar, K.S. Modeling of rotary cement kilns: Applications to reduction in energy consumption / K.S. Mujumdar, A. Arora, V.V. Ranade // Industrial and Engineering Chemistry Research. – 2006. – Pp. 2315–2330.

22. Hanein, T. One-dimensional steady-state thermal model for rotary kilns used in the manufacture of cement / T. Hanein, F.P., Glasser, M.N.Bannerman // Advances in Applied Ceramics. – 2017. – 116 (4). – Pp. 207–215.

23. Rodrigues, D.C.Q. Mathematical modeling of a rotary kiln employed in the clínker production / D.C.Q. Rodrigues, A.P. Soares Jr., E.F. Costa Jr., A.O.S. Costa // Ceramica. – 2013. – Pp. 302-309.

24. Xue, Z.T. Application of fuzzy neural network controller for cement rotary kiln control system / Z.T. Xue, Z. Li // Advanced Materials Research. – 2012. – Pp. 531–535.

25. Sharabiany, M.G. An adaptive neuro fuzzy controller for cement kiln / M.G. Sharabiany, A. Fatehi, B.N. Araabi // Proceedings of 2011 2nd International Conference on Instrumentation Control and Automation. – 2011. – Pp. 65–70.

26. Colina, E. Design of a Supervisory Control System for a Clinker Kiln Operation / E. Colina, M. Falconí, V. Morocho, J. Medina, A. Mora // Proceedings – 2015 Asia-Pacific Conference on Computer-Aided System Engineering. – 2015. – Pp. 387–391.

27. Sharifi, A. Design of a prediction model for cement rotary kiln using wavelet projection fuzzy inference system / A. Sharifi, M.A. Shoorehdeli, M. Teshnehlab // Cybernetics and Systems. – 2012. – Pp. 369–397.

28. Shi, X.H. Matlab simulation of system with fuzzy control in kiln temperature / X.H. Shi, Q.J. Meng, X.M. Li, Z. Zheng, X.Y. Ma, Q.L. Ma // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Pp. 680–683.

29. Li, S. The application of expert system and fuzzy control system in cement grate cooler system / S. Li, R. Li, W.Liu // Proceedings of the IEEE International Conference on Software Engineering and Service Sciences, ICSESS. – 2017. – Pp. 770–773.

30. Qiao, J.H. Intelligent setting control for clinker calcination process / J.H. Qiao, T.Y. Chai, T.Y., H. Wang // Asian journal of control. – 2014. – Pp. 243–263

31. Liu, J. Sintering status recognition system for cement rotary kiln / J. Liu, Y. Zhu, P.Sun // ICCASM 2010 – International Conference on Computer Application and System Modeling, Proceedings. – 2010. – Pp. V13212–V13216.

32. Zhou, P. Intelligent dynamic modeling for online estimation of burning zone temperature in cement rotary kiln / P. Zhou, M. Yuan // Proceedings of the World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA). – 2015. – Pp. 6167–6171.

33. Zermane, H. Internet and fuzzy based control system for rotary kiln in cement manufacturing plant / H. Zermane, H. Mouss // International Journal of Computational Intelligence Systems. – 2017. – 10 (1). – Pp. 835-850.

34. Wang, S. The design and implementation of a cement kiln expert system / S. Wang, F. Dong, D. Yuan // Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics. – 2007. – Pp. 2716–2719.

35. Бажанов А.Г. Управление вращающейся печью для обжига цементного клинкера на основе нечетких диаграмм поведения ее узлов: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Бажанов Александр Геральдович [Место защиты: БГТУ им. В.Г. Шухова]. – Белгород, 2013. – 19 с.

36. Магергут В.З. Разработка методов анализа и реализация систем логического управления в гибких автоматизированных химико-технологических производствах: дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.07. – Москва, 1990. – 266 с.

37. Магергут В.З. Подходы к построению дискретных моделей непрерывных технологических процессов для синтеза управляющих автоматов / В.З. Магергут, В.А. Игнатенко, А.Г. Бажанов, В.Г. Шаптала // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2013. – №2. – С. 100–102.

38. Богатиков В.Н. Построение дискретных моделей химико-технологических систем. Теория и практика / В.Н. Богатиков, Б.В. Палюх. – Апатиты: КНЦ РАН, 1955. – 164 с.

39. Кафаров В.В. Логическое моделирование типовых технологических процессов / В.В. Кафаров, В.Л. Перов, В.З. Магергут // ДАН СССР. – 1991. – Т. 318. – № 3. – С. 658–663.

40. Holmbland L.P. Erfahrungen mit automatischen Ofenuberwachung durch einen Computer und Fuzzy Logic // Verfahrenstechnik der Zementherstellung: VDZ – Kongress’ 85. – Wiesbaden; Berlin: Bauverlag, – 1987. – S. 539–547.

41. Бажанов А.Г. Построение нечетких диаграмм поведения узлов для создания автоматизированной системы управления вращающейся цементной печью / А.Г. Бажанов, В.З. Магергут // Труды 54-й научной конференции МФТИ «Проблемы фундаментальных и прикладных естественных и технических наук в современном информационном обществе». Аэрофизика и космические исследования [текст]. – М.: МФТИ, 2011. – С. 149–151.

Комплекс процессов, происходящих во вращающейся печи мокрого способа получения клинкера под воздействием тепловой энергии, весьма обширен и сложен. Процессы горения топлива, движения газов и материала, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой. Возникает достаточно большое количество трудностей при эксплуатации печного агрегата.

Рассмотрим цементную печь как объект автоматизации и определим ряд особенностей, которые характеризуют ее как сложный аппарат. Проведем обзор подходов и методов, которые применялись в попытках решить задачу по созданию систем управления вращающимися печами.

На рис. 1 выделены управляющие воздействия (показаны синим цветом), возмущающие воздействия (показаны красным цветом) и технологические переменные (показаны зеленым цветом). Управляющих воздействий, которые изображены синим цветом, гораздо более ограниченное количество, чем остальных, что в итоге значительно сужает круг возможных действий оператора по поддержанию процесса обжига клинкера.

Существенное количество возмущений, внутренних, внешних в совокупности с распределением параметров по всей длине печи создают трудности при принятии управляющих решений с учетом нелинейности характеристик и значительной инерционностью печного агрегата.

Все возмущения делят на внешние и внутренние. К внешним относят изменения параметров материальных потоков, которые поступают непосредственно в печной агрегат, изменения условий окружающей среды.

Возникающие в ходе технологического процесса возмущения называют внутренними.

Рассмотрим характерные внешние возмущения для вращающейся печи:

• изменение теплотворной способности топлива;

• изменение влажности, температуры и тонкости помола сырья, а также химического состава;

• неравномерное поступление сырья в печной агрегат;

• изменение количества и температуры воздуха, поступающего в печь из колосникового холодильника (вторичного воздуха);

• изменение количества возвращаемой пыли;

Для Цитирования:
Ващенко Р.А., Анализ современного состояния разработок в сфере автоматизации вращающихся цементных печей. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2018;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: