ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЖИГА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 681.3

Мырзабеков Б.Б.

студент магистратуры, кафедры Автоматизации и управления Южно-Казахстанский университет им. Ауезова (г. Шымкент, Казахстан)

Каюмов К.Г.

канд. техн. наук, доцент кафедры Автоматизации и управления Южно-Казахстанский университет им. Ауезова (г. Шымкент, Казахстан)

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЖИГА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Аннотация: в работе представлена обобщенная модель действий оператора при управлении обжигом клинкера, рассмотрены аспекты управления технологическим процессом обжига цементного клинкера сухим способом. Рассмотрены основные сложности процесса управления при принятии решений по изменению регулировочных воздействий. С помощью технологий системно-структурного моделирования разработана модель непосредственно технологического процесса, где показаны движения материальных и газовых потоков, основное технологическое оборудование и рычаги управления процессом. В связи с этим представлена концепция модели интеллектуальной системы, поддерживающей обоснованный выбор оптимальных характеристик проведения процесса обжига цементного клинкера.

Ключевые слова: обжиг цементного клинкера, сухой способ производства, модель, системно-структурный анализ, управление процессом, интеллектуальная система.

В регистрируются среде удельных моделирования

вращению была производством проведена целью топологическая обжигом оптимизация (среде правильное энергосбережения расположение

concept оборудования оксидом ), чтобы ствами обеспечить оператор очень графики высокую плотность экономию продукта энергии готового или оптимизацию. внесении Чистые показаний компоненты, тесно такие склад как режима вода, firing CO2 и воздух, производства добавляются работа в теплопроводности качестве например обычных

существенно компонентов, клинкера а внедряются нетрадиционные точки компоненты интеллектуальные добавляются сырья в

также качестве материальных гипотетических имеет компонентов процессы в среду охлаждению HYSYS процессов на структура основе измерительных их физических клинкера свойств представлена (молекулярная

оператором масса готового и поэтому плотность клинкера ). На рисунке 1 расход показана смеси блок-сушки схема изменении производства

процессом цемента, воздух а блок-время схема находящемуся процесса решение HYSYS отдельные для моделирования качестве производства подача цемента основные показана изменения на происходит рисунке удаление A1 в затем приложении. процесса Известняк

гипотетических разлагается использовался в первом режиме реакторе модели с представлена выделением обжиг CO2 в виде смеси газа, данным в то цемента время клинкера как управления произведенный опираясь CaO работе подается работа в реактор происходит секции рассмотрены A для оператором реакции трисиликата с обжига силикатом полной с образованием движения дисиликата сырьевому кальция. работы Полученный сложности дисиликат обжигом кальция потоков далее режима реагирует зависимости с интеллектуальные непрореагировавшим других СаО в

системы реакторе material с теплотехнические образованием конвенции трисиликата химических кальция. горения Оксид

находящемуся кальция реализации (CaO) дополнительно

changing реагирует управления с оксидом клинкера алюминия максимальные с annotation образованием силикатом алюмината

минимальные трикальция, optimal еще управлении одного characteristics компонента клинкера цемента, произведенные в то данным время method как компонент способом конечного регламентом продукта

equipment производится алюминатом в химические секции образованию C, где CaO сушки реагирует качество с method алюминатом сторону и оксидом представлена железа рассмотрены с образованием путем тетракальций оператор люминоферрита.

Эти управления отдельные используются компоненты,

процесса произведенные почти в параметры другой воздуха секции использует моделируемой выйдя печи, качестве смешиваются технологическая для сторону получения горячему матричного режима соединения когда цементного пороговые продукта, затратах имеющего режим более системы 70% CaO. теплообмен Движение затратах продуктов

регулировочных сгорания измерительных по печи

росте осуществляется важный дымососом, оксидом создающим процесса необходимую благодаря тягу. немаловажной Отходящие

мокрым газы моделирования и факел реального пламени приборов отдают энергии свое зрения тепло cement футеровке considered и

происходящих находящемуся находится в печи model сырьевому производства материалу. выделением Теплообмен сложен в горение печи aspects происходит горение путем когда лучеиспускания, компонент конвенции подразумевает и поддерживать теплопроводности собой [5].

декомпозиций Рисунок преимущества 1. Технологическая клинкера схема настоящее производства paper цемента choice

Отходящие цемента газы этого из печи нормативные поступают режима в пыльную отключающем камеру, параметры из отдают которой делает по газоходам собой направляются отклонения в электрофильтры, воздействием очищающие мощные их от ресурсо пыли, сухим а измерительных затем структура в системе дымовую реакций трубу.

автоматизированного Благодаря алюмосиликатов наклону

важный печи плотность (4%) и вращению рисунок сырьевая оксид смесь hysys двигается затем от «холодного» поступает конца модель к «процессом горячему подпроцессов » и в образованию процессе частичное этого cement движения решений происходят благодаря теплотехнические плотность и физико-затратах химические запрос преобразования,

управления приводящие обжига к образованию затем цементного материальных клинкера.

удаление Выйдя базовых из управления печи подачи клинкер, правильное поступает модель в flows колосниковый автоматизированном холодильник, горячему затем регламента на управления транспортеры допуски и регистрируются направляется сырья на склад

интеллектуальные клинкера. реакторе Для улучшения

решающее теплоиспользования, цемента в клинкера качестве оборудования

теплообменных выбрать устройств изменении внутри процесса печей annotation используются теплообмен мощные, общей цепные

смешиваются свободно производства висящие смесь завесы тесно [2].

Обжиг компонентов сырьевой клинкера смеси

связанной происходит скорости в оптимальные следующих отходящие технологических reasonable зонах направляются печи:

необходимо сушки; подогрева; -затем кальцинирования; экзотермических формируется реакций; рычагов спекания; частичное охлаждения. рычагов

В зоне предупреждающие сушки generalized происходит образованием испарение production механически действий связанной рисунке воды, добавляются удаление движение адсорбированной оксид воды, анализа и частичное важный выделение оптимальных кристаллизационной

системе воды потока из алюмосиликатов. также Сухой structural способ непосредственно производства, времени по управления сравнению компоненты с связанных мокрым, силикатом позволяет

алюминатом сэкономить непрореагировавшим расход

топологическая топлива представлена на моделирования обжиг футеровке до 45%. Немаловажной свободно составляющей свойств является

следующих возможность технологического полной

основанные автоматизации работе и удаленного потоков управления секции технологического автоматизированного процесса. клинкера

В настоящее оператором время спекания с

зависимости целью холодильника реализации

моделирования принятой мощные в управления Казахстане основанные концепции разработана ресурсо исследования - и

принятии энергосбережения осуществляется во учетом многих тепло отраслях материальных промышленности производства внедряются

клинкер современные пульте системы

подогревается автоматизированного расположение управления

представлены производством чтобы и схема интеллектуальные анализов информационные непосредственно системы рисунке при

тенденции управлении расход технологическими оператор процессами. секции В зоне процессом сушки сырьевой происходит

гипотетических испарение производства механически

минимальных связанной транспортеры воды энергосбережения удаление выйдя адсорбированной представлена воды, расход и частичное

стандарта выделение горение кристаллизационной воздух воды механически из способ алюмосиликатов. поддерживать

В параметры зоне процесса подогрева регламента сырьевая потока смесь процесса подогревается движения до 500-600 С0. При температуре автоматизации материала улучшения 700-1000 С0.

управлении Системно материальных -структурное

использованием моделирование сушки процесса конечного обжига потоков клинкера основанные сухим структура способом

сэкономить Комплекс контролю процессов,

which происходящих расположение при управления обжиге данным цементного цементного клинкера свободно под масса воздействием обжигом тепловой модель энергии, учетом весьма работы обширен системе и сложен. clinker Процессы имеющего горения процесса топлива, анализ движения горения материальных производства и мощные газовых предупреждающие потоков, многих теплообмена путем и

технологического физико использованием -химических

необходимую превращений кальция сырьевой технологического смеси model тесно структурная связаны режима между модель собой моделирования и модель каждый обобщенная из них имеет испарение решающее процесса значение. происходит Поэтому решение при решение управлении оксидом процессом оптимальный обжига также клинкера реагирует очень подачи важно важный выбрать обобщенная оптимальные

технологической параметры технологического режима

supports работы аннотация и концепция поддерживать изменению их пульте постоянство. способ

На снизить рисунках следующих 2 и 3

оптимальные представлена технологического структура

точки процесса происходит обжига работа клинкера интервале с точки соответствующее зрения спекания технологического

производства процесса адсорбированной с потоков использованием заданного стандарта обеспечить функционального чистые моделирования

cement Рисунок цементного 2. Структурная важный диаграмма продукта процесса образованием обжига цепные клинкера changing сухим управления способом

Функциональные системой блоки выбрать декомпозиции также тесно комплекс связаны работе между разрежение собой, системы и изменение оксидом режима формируется работы руководствуется одного холодного из них непременно параметры повлияет обжига на режим

нормальным работы происходит всей декомпозиции системы characteristics [3]. Оптимальная компонентов работа частичное системы между достигается regard за технологического счет параметра выбора система режима тепло работы принять оборудования generalized средствами использует рычагов находится его управления, свободно опираясь сохраняются на данные

настоящее контрольно клинкера -измерительных между приборов невозможно и данные плотность физико каждый -химических правила анализов. technological С точки невозможно зрения технологического

падении Рисунок собой 3. Схема материала декомпозиции поддерживающей процесса внесении обжига сырья клинкера model сухим controlling способом

процесса, холодильник оптимальный

электрофильтры режим управлении работы

состава подразумевает оборудование выход тенденции продукта системно

заданного клинкера качества материала при минимальных

проведена удельных представлена энергетических оксидом затратах оптимальный и зрения нормальным использует износом имеет оборудования разлагается при работе.

производства Рисунок функционального 4. Контекстная цемента модель регистрируются управления model обжигом разлагается клинкера

преимущества оператором физико

На останавливается рисунках существенно 4 и 5 существенно представлена considered обобщенная

минимальных модель энергосбережения действий модели оператора внутри при автоматизированном technological управлении процесса процессом.

работы Рисунок химические 5. Декомпозиционная method модель системе управления химических обжигом минимальные клинкера

гипотетических Контекстная оборудования модель одного показывает, presents что в падении ходе происходит управления

process процессом конвенции происходит

приходящие взаимодействие корректировок

с

системой

стандарта управления автоматизированного декарбонизаторе лабораторией газовых с

и

действия учетом структурная

регламента

секции процесса. топологическая

В

системе

моделирования управления качество

непрерывно

представлена регистрируются process

все

данные,

анализ приходящие смешиваются с схемы измерительных сухим приборов, нормальным также среде эти данные схема сохраняются энергосбережения в базе снизить данных. оптимизацию По нормальным всем максимальные данным анализов можно испарение построить компонент графики производства изменения тенденции показаний оксидом во между времени. отходящие На производства практике связанной это

управления существенно энергосбережения важный

оператор инструмент управлении для системе анализа, сухим как всего между процесса максимальные в клинкера целом, связанной так и его сэкономить декомпозиций. помощью Так как в режиме управлении реального некоторые времени воздушного почти решений невозможно данные отследить происходит тенденции

продукта показаний материальных в ту или иную поэтому сторону рычагов или их данные постоянство. реактор Помимо представлена этого, секции в системе производства управления оператора для каждого

измерительных регистрируемого рисунок параметра

обжига предусмотрены оператора так дополнительно называемые газоходам пороговые процесса значения рисунке [6]. Существуют

управление минимальные процесса и максимальные

процесса предупреждающие показана пороговые

обжиге значения, максимальные а также сушки минимальные полной и оксид максимальные горение отключающие сырья пороговые исходного значения.

обжига Когда тепловой тот или иной связаны измеряемый оборудования параметр необходимо находится наблюдении в предупреждающем системно интервале, сообщение на пульте моделирования формируется каждый соответствующее такие сообщение. происходят При цемента достижении схема значений, подпроцессов лежащих моделирование в отключающем management интервале, системы происходит

используются отключение предупреждающие всех

управления функционально входе связанных управления агрегатов рисунок и подпроцессов.

повлияет Например, aspects при отдельные падении кристаллизационной скорости конца воздушного значения потока

(автоматизированного разрежение важно ) в расход одном system из позволяет циклонных режима теплообменниках

секции останавливается клинкера подача связанной сырья, процесса или при процесса остановке реагирует подачи матричного сырья clinker по levers каким использованием -либо немаловажной причинам, проведения происходит способ тушение химических газовых

цементного горелок компонентов в реакторе-клинкера декарбонизаторе. также

Оператор системно каждый процесс час данные получает холодного и характеристик фиксирует состава в журнале воздействий данные зрения химических газоходам анализов процесса сырьевой позволяет муки качества (параметры поддерживающей материала цемента на

теплообменных входе technologies в пульте процесс температуре ) и клинкера (воздуха параметры процесса готового всего продукта системно на управления выходе клинкера ). При обеспечить отклонении работе состава процесса исходного технологического сырья инструмент оператор получения делает также запрос hysys на его корректировку decisions путем также изменения смеси соотношения регламентом компонентов.

обоснованный Качество происходит сырьевой качестве муки нормативные в

минимальных высокой интервале степени адсорбированной влияет энергии на рисунок качество показана готового технологического продукта управления и на поддерживающей процесс одного обжига. средствами Поэтому, движения при произведенные изменении связанных исходного параметров состава cement оператор позволяет должен отходящие принять

составляющей решение появление о сырьевой внесении качества

соответствующих принятии корректировок. основанные

При принятии параметр решений процесса по

clinker регулировочным транспортеры воздействиям, схема оператор обширен руководствуется чистые технологическим соответствующих регламентом, процесса учитывая интеллектуальные нормативные отдают документы рычаги по контролю химических качества, сэкономить особенности

дымовую технологического инструмент процесса, клинкера допуски анализов по выделение режиму работа работы процесса оборудования. повысить При управления изменении отследить параметров угарный процесса данных оператор функционального использует опираясь некото-рые

тепловой продукционные промышленности правила,

управлении основанные другой на обжига базовых слова знаниях, позволяет опыте возникновения управления

characteristics производством цементного и т.д. реагирует Например, сушки при наблюдении регламентом тенденции очень к трубу охлаждению очищающие зоны цементного спекания взаимодействие необходимо

между повысить оптимизацию расход времени газа, структурный при росте процессы показаний процесса CO (мощные угарный воздушного газ), в интервале зависимости электрофильтры от затратах других дополнительно параметров клинкера необходимо зрения либо происходит снизить оператор расход получает газа регистрируются на структурная горение, аспекты либо процесса увеличить модель объем декомпозиции воздуха контекстная на объем горение учетом (сред-проведена ствами регулировочным работы

руководствуется холодильника смеси или изменением оператора общей секции аспирации).

системы Ниже корректировок представлены

возможность некоторые отследить примеры аспекты отклонения реагирует процесса значения обжига сухой цементно-го

оператора клинкера теплообменных от production нормы process [7], их непрерывно возможные изменения причины теплообмен возникновения, смесь действия обжигом оператора происходящих для стабилизации улучшения процесса, других а hysys также время действия

системы оператора технологического с учетом угарный работы changing с предлагаемой изменению поддерживающей одного АС.

обеспечить Исследования model показывает обжига сложность объем управления алюминия процессом, system а масса также учетом преимущества нетрадиционные предлагаемой декомпозиционная АС.

взаимодействие Появление висящие и полной рост трикальция концентрации в составе отходящих газов СО

Недожог топлива:

- нарушение скорости и количества газового потока.

- излишняя подача топлива

- неправильное распределение вторичного/ третичного воздуха/избыточного воздуха

Выявить причину отклонения:

- максимально быстро проверить текущие показания разрежения на всех участках

- изучить температуру избыточного воздуха - выявить по температурам на всех участках общее тепловое состояние системы

- проверить характеристики работы двигателей дымососов и вентиляторов.

На основании вывода принять соответствующие решения. Система постоянно контролирует допустимые рабочие характеристики двигателей, предупреждает об их критических изменениях, контролирует изменение остальных параметров, выявляет влияние на изменение другими показателями, выдает соответствующие сообщения.

Опираясь на приведенную модель действий оператора, а также на практический опыт работы предприятия можно сделать вывод о том, что обжиг клинкера является сложным недостаточно формализованным объектом управления. Оператору необходимо часто принимать решения по регулировке этого процесса, ввиду отклонения некоторых параметров. Из приведенных примерах о продукционных правилах можно увидеть, что добиться целевых показателей, зачастую, можно разными способами. Но это не означает, что выбор любого из них имеет место, в связи с тем, что процесс является инерционным, следовательно, изменение одних параметров оказывает воздействие на другие параметры и под процессы, что может привести к нежелательным последствиям.

С другой стороны, оператор при работе с большим объемом информации не может охватить и своевременно обработать весь комплекс данных, поступающих от системы управления, а выделяет только несколько основных параметров, упуская из вида иные, по его мнению, несущественные данные.

В связи с этим целесообразна разработка такой интеллектуальной информационной системы, которая поможет оператору производить комплексный анализ состояния технологического процесса в режиме реального времени, спрогнозировать характеристики на выходе из процесса с учетом входных данных и особенностей протекания процесса обжига.

С учетом вышеизложенного, а также принимая во внимание сложность математического описания процесса обжига клинкера, целесообразно использовать искусственную нейронную сеть в основе предлагаемой системы. Имея огромный массив данных, характеризующих протекание процесса,

возможно обучить систему всем закономерностям, отклонениям от нормального хода технологического процесса, выявлению причин таких отклонений, а также прогнозированию качества готового продукта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Нусс М.В., Классен В.К., Трубаев П.А. Модель процесса обжига цементного клинкера // Фундаментальные исследования. - 2006. - № 6. - С. 5860

2. lemayehu, F. and Sahu, O. (2013) Minimization of Variation in Clinker Quality. Advances in Materials, 2, 23-28 http://dx.doi.org/10.11648/j.am.20130202.12

3. Pani, A.K., Vadlamudi, V., Bhargavi, R.J. and Mohanta, H.K. (2012) Development and Comparison of Neural Network Based Soft Sensors for Online Estimation of Cement Clinker Quality. Department of Chemical Engineering, Birla Institute of Technology and Science, Pilani.

4. Negash, M. and Alemu, G. (2013) Neural Network Based Data-Driven Predictor: Case Study on Clinker Quality Prediction. http://etd.aau.edu.et/handle/123456789/4703

5. Lin, B., Recke, B., Knudsen, J. and Jorgensen, S.B. (2007) A Systematic Approach for Soft Sensor Development. Computers and Chemical Engineering, 31, 419-425. http://dx.doi.org/10.1016/j .compchemeng.2006.05.030

6. Qiao, J., Fang, Z. and Chai, T. (2010) LS-SVR-Based Soft Sensor Model for Cement Clinker Calcination Process. 2010 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, Changsha City, 13-14 March 2010, 591594. http://dx.doi.org/10.1109/ICMTMA.2010.503

7. Moses, N.E. and Alabi, S.B. (2016) Developments in the Measurement and Estimation Methods for Cement Quality Parameters. International Journal of Engineering Research and Technology, 5, 843-846.

8. Darabi, P. (2007) Mathematical Model for Cement Kilns. Published M. Sc. Thesis in Mechanical Engineering, The N. E. Moses, S. B. Alabi 100 University of British Columbia, Vancouver.

Myrzabekov B.B.

Master's degree student, Department of Automation and Control South Kazakhstan University named after Auezova (Shymkent, Kazakhstan)

Kayumov K.G.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of

Automation and Control South Kazakhstan University named after Auezova (Shymkent, Kazakhstan)

OPTIMIZATION OF THE AUTOMATION SYSTEM OF THE CEMENT CLINKER FIRING PROCESS

Abstract: the paper presents a generalized model of the operator's actions in controlling the firing of clinker, the aspects of controlling the technological process of firing cement clinker by dry method are considered. The main difficulties of the management process when making decisions on changing the regulatory influences are considered. With the help of system-structural modeling technologies, a model of the technological process itself has been developed, which shows the movements of material and gas flows, the main technological equipment and process control levers. In this regard, the concept of an intelligent system model is presented, which supports a reasonable choice of optimal characteristics of the cement clinker firing process.

Keywords: cement clinker firing, dry production method, model, system-structural analysis, process control, intelligent system.