CC BY
32
ФОРМУЛИРОВАНИЕ И ВЫБОР КРИТЕРИЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ОБЖИГА СЫПУЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
FORMULATION AND SELECTION CRITERIA FOR OPTIMIZATION OF OPERATIONAL BURNING GRANULAR BUILDING MATERIALS
E.M. Чеботаева
E.M. Chebotaeva
ФГБОУ ВПО "МГСУ"
В статье рассматривается влияние среднего квадратичного отклонения температуры в каждой зоне печи на показатель качества продукта и удельный расход топлива при обжиге сыпучих строительных материалов.
The paper deals about the standard deviation of temperature in each zone affects on the parameter of product quality and fuel consumption during burning granular building materials.
При разработке АСУ ТП для действующих на предприятиях промышленности строительного комплекса вращающихся печах на стадии сравнения нескольких вариантов структуры или динамических алгоритмов управления слишком сложно и трудоемко, а иногда и невозможно, вычислить прибыль предприятия, чтобы отдать предпочтение тому или иному техническому решению в зависимости от рассчитанного значения прибыли.
Если бы качество готовой продукции и удельный расход топлива зависели от температуры только в одной зоне вращающейся печи, то на основании изложенного в предыдущем разделе главы можно было бы утверждать, что экономически обоснованным критерием управления является среднее квадратичное отклонение температуры -критерий, привычный из теории и практики автоматического управления, вычисление которого при математическом моделировании не вызывает затруднений. Однако, и качество готовой продукции, и удельный расход топлива зависят от среднего квадратичного отклонения температуры не в одной, а во всех зонах печи, где происходят физико-химические превращения исходного сырья, причем в разной степени.
Вычисление степени влияния среднего квадратичного отклонения температуры в каждой зоне печи на показатель качества продукта и удельный расход топлива сводится к калькуляции себестоимости и определению прибыли, что, как уже указывалось, слишком трудоемко. Чтобы избежать этого, при математическом моделировании с необходимой для практических целей точностью достаточно учесть колебательность температуры в тех зонах печи, которые в наибольшей степени влияют на образование целевого продукта. При этом одновременно будут учтены и основные затраты тепла.
Так, при производстве портландцемента из сырьевой смеси наибольшее влияние на качество цементного клинкера оказывает температура в зоне спекания. В этой зоне расходуется большое количество тепла, а поэтому среднее квадратичное отклонение тем-
6/2011 мвВЕСТНИК
пературы существенно влияет на удельный расход топлива. Таким образом, минимизация среднего квадратичного отклонения температуры в зоне спекания одновременно обеспечит и улучшение качества готового продукта, и сокращение расхода топлива.
Температурный режим в другой зоне печи -зоне охлаждения - можно определить по значению температуры материала на выходе из печи. Учитывая изложенное влияние температурных режимов печей на качество получаемых вяжущих материалов критерий управления процессами обжига должен включать среднее квадратичное отклонение обоих значений температуры:
т
I! = (1/Т) \{ Ь1 [А 1! (т)] 2 + Ь2 [А 12 (т)] 2} йт ,
0
где А 1 (т), А 1 (т) - отклонения значений температуры в зоне спекания и на выходе из печи соответственно от их номинальных значений; Ь1, Ь2 - весовые коэффициенты.
Коэффициенты Ь1, Ь2 могут быть определены методом наименьших квадратов из статистического массива одновременно измеренных значений показателя качества, а также 1 и 1 . Если таких статистических данных нет, то для грубых расчетов можно принять соотношение Ь1 : Ь2 как 3 : 1 для печей, работающих с барабанными холодильниками и 2 : 1 для печей с холодильниками "кипящего слоя".
Критерий 11 может быть также использован и при математическом моделировании элементов АСУ ТП обжига строительной извести. В этом случае значения А ^ (т) и А 1 (т) - отклонения температуры в зонах обжига (декарбонизации) и охлаждения от их номинальных значений соответственно.
Поскольку обе зоны печи энергоемки, при определении коэффициентов Ь1 и Ь2, основанном на учете доли влияния каждой из температур ^ и 12 на показатель качества целевого продукта, как это описано выше, критерий I одновременно учитывает и ущерб, связанный с затратами топлива на колебательность обеих температур.
При разработке АСУ ТП обжига во вращающихся печах искусственных пористых заполнителей для бетонов критерий I не может быть использован, что объясняется следующими особенностями этого технологического процесса. В отличие от процессов обжига вяжущих материалов, когда на линии возврата оборотной технологической пыли в печь отсутствует регулирующий орган, изменяющий ее расход, в печах обжига заполнителей пыль, уловленная системой газоочистки, собирается в пылевынос материала происходит в основном из зон холодного конца печей, где еще не успели произойти химические превращения сырья, и носит избирательный характер. Поэтому химический состав технологической пыли в процентном отношении не соответствует химическому составу материала, который остался в барабане печи емкости и оттуда вдувается в горячий конец печи, причем расход ее регулируется в зависимости от теплового режима зоны вспучивания. За счет этого удается обеспечить требуемую высокую точность поддержания температуры в зоне вспучивания.
Существует, однако, и негативная сторона управления процессом изменения расхода оборотной технологической пыли. Как известно, в переходных режимах, которые возникают, главным образом, вследствие неравномерного прохождения материала по печи, баланс между количеством материала и пыли нарушается. При этом, чтобы выдержать заданный тепловой режим, увеличивают расход технологической пыли при повышении температуры, когда количество материала в соответствующих зонах уменьшается, и сокращают ее расход при понижении температуры, вызванном увеличением количества материала, т.е. в обоих случаях дисбаланс между материальными
потоками возрастает и тем самым ухудшается качество готового продукта.
Для учета потерь от увеличения колебательности температуры и расшихтовки материала критерий оптимальности управления процессами обжига можно в виде:
т
12 = (1/Т) I { Ь1 [А 1 (т)] 2 + Ь2 [А ц (т)] 2 } йт ,
о
где А 1 (т), А ц (т) - отклонения значений температуры в зоне спекания (или вспучивания) и расхода технологической пыли соответственно от их номинальных значений.
Подинтегральные функции критериев 11 и 12 включают отклонения параметров теплового режима от заданных значений. Выше нами было высказано предположение, что, однажды, выбранные заданные значения параметров остаются постоянными достаточно долго. Однако, это справедливо только при постоянном составе сырья и отсутствии погрешностей измерения температуры ( и расхода технологической пыли). Но поскольку в действительности и химический состав сырья колеблется, и не бывает измерений без погрешностей, приходиться корректировать заданные значения параметров теплового режима в зависимости от заданного и фактического показателей качества готовых продуктов.
Для того, чтобы критерии 11 и 12 могли реально служить критериями оптимальности управления, необходимо использовать зависимости показателя качества продуктов обжига от теплового режима печи и решать задачу минимизации одного из критериев 11 или 12 путем применения описанного нами ранее динамического алгоритма управления.
Литература
1. Цымбал В.П. Математическое моделирование металлургических процессов/В.П. Цымбал - М.: Металлургия, 1988, 240 с.
2. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов на цифровых вычислительных машинах/Н.П. Бусленко. - М.: Наука, 1984, 356 с.
3. Вихтер Я.И. Производство гипсовых вяжущих веществ.- М: Высшая школа, 1984, 272 с.
4. Балдин В.П. Основы регулирования качества гипса при его дегидратации в аппаратах.-М.: Строительные материалы, 1978, № 10.
References
1. Cimbal V.P. Mathematical modeling of metallurgical processes/ Cimbal V.P. - M.: Metallurgy, 1988, 240 p.
2. Buslenko N.P. Mathematical modeling of manufacturing processes on digital computers/ Bus-lenko N.P. - M.: Science, 1984, 356 p.
3. Vichter Y.I. Production of gypsum binders.- M: High school, 1984, 272 p.
4. Baldin V.P. Fundamentals of quality management at its gypsum dehydration apparatus.- M.: Building materials, 1978, № 10.
АСУ ТП, технологический процесс обжига строительных сыпучих материалов.
Automated control system of technologic process, technologic process burning granular building materials.
129337 Москва, Ярославское ш., 26 + 7 495 580-75-20 e-mail: aist@mgsu.ru
Рецензент: В.О. Чулков, д.т.н., профессор, МАКХиС
