НОВОСТИ И СОБЫТИЯ

Обоснование возможности внедрения системы оптимального управления режимами работы колосникового холодильника

Вариант исполнения

Основным режимом работы вращающей печи должен быть режим с максимальной производительностью при минимальном расходе топлива и электроэнергии, т.е. целью управления должен быть критерий управления - минимизация удельных затрат энергоресурсов.
Колосниковый холодильник является устройством для охлаждения готового продукта выполняющим две функции при оптимальном управлении режимами охлаждения клинкера в колосниковом холодильнике:

• ­охлаждение клинкерного спёка;
• ­подогрева воздуха, необходимого для сжигания топлива во вращающей печи, за счет физической теплоты охлаждаемого продукта.

Согласно исследованиям ряда авторов по глиноземному производству технико-экономические и теплотехнические показатели вращающей печи зависят значительно от режима работы холодильника сокращения расхода топлива. Например, при изменении теплоэнергетических показателей работы вращающей печи и использовании вторичного температуры воздуха на горению от 350 до 500 С температура факела в печи увеличивается с 1659 до 1758 С, а удельный тепловой поток увеличивается в 1,5 раз – со 100,9 до 165 кВт/м2, что ведет к увеличению производительности печи и уменьшению рас-хода воздуха при производстве цемента.

Цель управления холодильником – обеспечить максимальную рекуперацию теплоты, охлаждение материалов до минимально низких температур, минимальное пылеобразование и унос пыли в окружающую среду. Как управляемый объект процесс охлаждения в холодильнике характеризуется следующими параметрами:

Входные: Положение шиберов дымососa отходящих газов вращающей печи, нагрузка электродвигателей: вентиляторов острого дутья, нагрузка эл. дв. общего дутья. положение шибера общего дутья, положение шибера общего дутья во 2 камеру холодильника, нагрузка двигателей хода горячей и холодной решёток холодильника, нагрузка эл. дв. дымососа аспирации, положение шибера дымососа аспирации, нагрузка эл. дв. вентилятора первичного воздуха, нагрузка эл. дв. вентилятора первичного воздуха, положение шибера вентилятора первичного воз-духа, расход газа, производительность печи по клинкеру, температура отходящих газов до эл. фильтров, параметры давления воздуха под решетками и разряжения над решетками.

В качестве выходных регулируемых параметров режимов работы холодильника используется: температура газов до эл. фильтра, температура, температура аспирационного воз-духа, температура вторичного воздуха, температура колосника первого неподвижного ряда, температура клинкера на выходе из холодильника.

Основные возмущающие воздействия: давление первичного воздуха, давление острого дутья, давление общего дутья, давление в первой камере холодильника разряжение в горячей головке печи и другие.

В качестве управляющих воздействий могут быть использованы параметры: высота слоя клинкера, время двойного хода горячей решетки, время двойного хода холодной решетки, изменение положения шиберов: дымососа аспирации, вентиляторов острого дутья, общего дутья, дымососа отходящих газов печи или регулирование их скорости ,расход воды на охлаждение клинкера, нагрузка горячей и холодной решёток холодильника.

Проведенные исследования режимами работы холодильника обжиговой печи №1 Старооскольского цементного завода показали:

1. При исследовании определялись частные целевые функции, которые возможно использовать при управлении процессом и коэффициенты корреляции по возможным каналам управления. Исследование проводилось по 44 каналам управления температурой вторичного воздуха, по 20 каналам управления температурой аспирационного воздуха, по 24 каналам управления температурой клинкера. В результате исследований выявлено:

1.1 Температура вторичного воздуха является комплексным показателем, который зависит от режимов работы тягодутьевых агрегатов холодильника: вентиляторов общего, острого дутья .дымососов аспирации, дымососов отходящих газов печи, высоты слоя материала клинкера на решетках, токовых нагрузок двигателей: привода горячей и холодной решеток, вентиляторов острого и общего дутья. дымососов аспирации и отходящих газов, времени двойного хода горя-чей и холодной решеток и других параметров.
Коэффициенты корреляции частных целевых функций по отдельным каналам управления колеблются в пределах от 0.11 до 0.79.
Анализ графиков изменения температуры вторичного воздуха во времени показал:
Температура вторичного воздуха изменяется в процессе работы от 550 до 800 С.
Доля работы холодильной установки по максимальной температуре вторичного воздуха (750-800 С) составила около 8 % от общего времени;
Доля работы холодильной установки по максимальной температуре вторичного воздуха (700-750 С) составила около 12 % от общего времени;
Режимы холодильника в течении 56-60 % от общего времени способны рекуперировать температуру вторичного воздуха от 600 до 650 С

Доля работы холодильной установки при минимальной температуре вторичного воздуха (550-650 С) составила более 20%, от общего времени работы установки;
Потери теплоэнергии при недостаточной рекуперации вторичного воздуха из-за отсутствия системы оптимального регулирования режима работы холодильной установки при критерии обеспечения максимальной температуры вторичного воздуха ( Тв -> мах) составляет 25-30% от максимально тепловой энергии, которую возможно возвратить в процесс.

1.2. Температура аспирационного воздуха
Избыточный воздух с температурой 100-200 С забирается над решеткой в разгрузочном конце холодильника с помощью дымососа аспирации выбрасывается в атмосферу.
При управлению процессом охлаждения материала для обеспечения максимальной температуры вторичного воздуха, при охлаждении материалов до минимально низких температур необходимо обеспечить минимальную температуру избыточного (аспирационного) воздуха.
Исследование температурного режима аспирационного воздуха проводилось с использованием частных целевых функций.
В результате исследований выявлено:
- Температура аспирационного воздуха является комплексным показателем, зависящим от режимов работы тягодутьевых агрегатов, общего, острого дутья, аспирации, высоты слоя мате-риала клинкера, входной температуры клинкера во вторую камеру холодильника, выходной температуры клинкера из холодильника, нагрузки двигателей приводов горячей и холодной решеток, времени двойного хода горячей и холодной решеток и других параметров.
- Коэффициенты корреляции частных целевых функций по отдельным каналам управления колеблются в пределах от 0.023 до 0.60.
- Температура аспирационного воздуха изменяется от 90 до 170 С
Доля работы холодильной установки в зоне температур аспирационного воздуха (140-170 С) составила около 30%,в зоне температур (120-140 С) соответственно около 54%, в зоне минимальной температуры (90-120 С) составила около 12-16%;
- Потери теплоэнергии при управлении температурой аспирационного воздуха из-за отсутствия системы оптимального регулирования режимом работы холодильной установки по критерию обеспечения минимальной температуры аспирационного воздуха ( Та -> мин) составляет около 15-17% от максимально тепловой энергии, которую возможно возвратить в процесс, что так же снижает эффективность работы вращающей печи, увеличивается потери теплоты с избыточным воздухом с выносом тепла в окружающую среду.

1.3. Температура клинкера на выходе из холодильника.
Охлаждение клинкера во второй камере обеспечивается за счет части воздуха вентилятора общего дутья. Степень охлаждения материала во второй камере зависит от входной температуры клинкера во 2-ю камеру в холодильнике. от изменения массы и гранулометрического состава клинкера, высоты его слоя на решетке, расхода охлаждающего части воздуха подаваемого под колосники решетки вентилятором общего дутья и температуры и расхода аспирационного воздуха выбрасываемого в атмосферу При использовании воды подаваемой во 2-ю камеру на охлаждение клинкера – от расхода воды..
Изменение массы клинкера на холодной решетке и его гранулометрического состава вызывает изменение аэродинамического сопротивления. Расход охлаждающего входного воздуха зависит от значительного числа переменных параметров газодинамических режимов вентиляционных и аспирационных установок.
Изменение теплоотдачи между отходящими аспирационными газами и охлаждаемым материалом и массой воды, подаваемой на охлаждение клинкера во второй камере возможно оценить в режиме реального времени частными целевыми функциями с определением коэффициентов корреляции, при этом необходимо обеспечить охлаждение клинкера до минимально низких температур, при минимальной температуре аспирационного воздуха.
Анализ данных исследования частных целевых функций показал:
- Температура клинкера является комплексным показателем. зависящим от режимов работы тягодутьевых агрегатов холодильника. общего, острого дутья, аспирации, высоты слоя мате-риала клинкера и других параметров Изменение температуры клинкера происходят от 40 до120 град. с.
- по клинкеру – установка работает при температуре от 40 до 60 С - 60 % общего времени, от 60 до 80 С, соответственно – 12 %, более 80 С – 30 % от общего времени работы;
- Коэффициенты корреляции частных целевых функций по отдельным каналам управления колеблются в пределах от 0.023 до 0.42.
- Потери теплоэнергии при управлении выходной температурой клинкера из-за отсутствия системы оптимального регулирования режимом работы холодильной установки по критерию обеспечения минимальной температуры охлаждаемого материала составляет более 30% от максимально тепловой энергии, которую возможно возвратить в процесс, что так же снижает также эффективность работы вращающей печи

Выводы.

1. При существующих способах управления холодильная установка не способна обеспечить оптимальные температурные режимы рекуперации температур вторичного воздуха, охлаждения клинкера и аспирационного воздуха. Температура вторичного воздуха колеблется от 550 до 800 С, температура аспирационного воздуха находится зоне от 75 до 160 С, температура клинкера на выходе из холодильника соответственно от 40 до120 С

2. Потери тепла, передаваемого клинкеру в горячей камере, по вторичному воздуху составляют до 26%, по аспирационному воздуху до 25%.

• по клинкеру - до 34 %от максимально возможной. Продолжительность работы установки по температурным зонам составляет:
• по вторичному воздуху при температуре от 550 до 620 С - 40% от общего времени работы; от 620 до 650 – 36 %, от 650 до 700 С – 4%, от 700 до 750 С – 20% от общего времени работы;
• по аспирационному воздуху при температуре от 90 до 100 С - 4 %, от 100 до 120 – 12%, от 120 до 140 С – 54%, от 140 до 1600 С – 30% от общего времени работы;
• по клинкеру - установка работает при температуре от 40 до 60 С - 60%, от 60 до 80 – 12%, более 80 С – 30 % от общего времени работы.

3. Выявлены частные целевые функции, коэффициенты корреляции между выходными и регулирующими параметрами, статические и динамические характеристики объекта регулирования по температурам вторичного, аспирационного воздуха и выходной температуре клинкера. Вторичная температура зависит от многих режимных параметров работы тягодутьевых установок холодильника и печи, производительности печи, скорости движения тележек холодной и горячей решеток, высоты слоя клинкера, расхода газа и содержания продуктов его сгорания и ряда других параметров.

Температура аспирационного воздуха зависит от параметров работы тягодутьевых установок холодильника, скорости движения тележек холодной и горячей решеток, высоты слоя клинкера, входной температуры клинкера во вторичную камеру, температуры клинкера на выходе и др. параметров.

Температура клинкера на выходе из холодильника зависит также от параметров работы тягодутьевых установок холодильника, скорости движения тележек холодной и горячей решеток. высоты слоя клинкера, входной температуры клинкера во вторичную камеру, температуры клинкера на выходе и др. параметров. Контур охлаждения клинкера водой работает неудовле-творительно.
С учетом вышеизложенного обеспечить оптимальные температурные режимы охлаждения клинкера и воздуха не предоставляется возможным.

4. Оптимальное управление температурами: вторичного, аспирационного воздуха, температурой клинкера по критериям оптимизации затруднительно. Частные целевые функции не стационарные имеют низкие значения коэффициентов корреляции (0.023 – 0.79). В этой связи не-обходим поиск иных параметров целевой функции для оптимизации режимов управления работой холодильной установкой.

5. Используемые параметры комплексных целевых функций в разработанной системе оптимизации режимов управления работой холодильной установкой с колосниковым холодильником позволяют обеспечить:

• максимальную температуру вторичного воздуха (от750 до 800 С) в течение 90-95% от общего времени работы холодильника;
• минимальную температуру аспирационного воздуха (от 90-140 С) в течение 85-95% от общего времени работы холодильника
• минимальную температуру клинкера (от 40 до75 С) в течение 85-95% от общего времени работы холодильника

Примечание: Данные показатели определены на базе режимных параметров вращающей печи №1 цементного завода г. Старый Оскол