氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒集成優(yōu)化控制指導(dǎo)系統(tǒng)的研究.pdf

1、目前，我國鋁工業(yè)迅速發(fā)展，氧化鋁產(chǎn)量已達(dá)1900萬噸/年。圍繞節(jié)能減排，開展氧化鋁行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的需求日益迫切。氧化鋁焙燒是對(duì)氧化鋁產(chǎn)、質(zhì)量和生產(chǎn)能耗有重大影響的工序之一，目前該工序已普遍采用氣態(tài)懸浮焙燒工藝。眾多氣態(tài)懸浮焙燒生產(chǎn)表明，該工藝在設(shè)備配置、操作調(diào)節(jié)和過程控制等方面仍有很大改進(jìn)潛力。對(duì)焙燒過程開展設(shè)備、操作和控制的優(yōu)化研究有利于實(shí)現(xiàn)焙燒生產(chǎn)的增產(chǎn)、節(jié)能和降耗。 本文在國家自然科學(xué)基金的資助下，以年產(chǎn)5萬噸的氣態(tài)懸浮焙燒

2、爐為試驗(yàn)對(duì)象，集成應(yīng)用FLUENT、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳優(yōu)化、模糊控制、專家系統(tǒng)等技術(shù)，對(duì)氧化鋁焙燒過程開展設(shè)備、控制和指導(dǎo)的整體優(yōu)化。研究成果主要有： （1）針對(duì)焙燒燃燒系統(tǒng)缺少配置依據(jù)，開展?fàn)t體燃燒優(yōu)化的仿真研究。采用FLUENT對(duì)主爐P04仿真研究得出：某燃料的最佳空燃比值（A/F）以及低氧完全燃燒對(duì)應(yīng)的最佳操作條件；最佳下料區(qū)域?yàn)棰舨繝t體，最佳V08預(yù)熱燒咀布置區(qū)域?yàn)棰虿繝t體；保持V08燒咀小比例投入燃料有利減少NO生成；

3、提高空氣預(yù)熱溫度節(jié)能效果明顯。仿真得到NOx、CO、CO2等廢氣生成量，為生產(chǎn)操作提供重要參考。 （2）針對(duì)焙燒旋風(fēng)器工況分析的不足，開展氣固分離研究。對(duì)預(yù)熱旋風(fēng)器P01采用雷諾應(yīng)力輸運(yùn)模型求解氣場(chǎng)，拉格朗日坐標(biāo)求解顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡。計(jì)算不同的工況風(fēng)速、溫度、漏風(fēng)率和物理結(jié)構(gòu)下旋風(fēng)器分離效率，探討了P01環(huán)流式旋風(fēng)器和收塵鎖氣設(shè)備改造方案，為操作提供優(yōu)化參考。 （3）針對(duì)現(xiàn)有描述焙燒過程模型的缺乏，提出采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）

4、、遺傳算法（GA）、灰色模型（GM）優(yōu)化建模，建立溫度預(yù)測(cè)、廢氣軟測(cè)量評(píng)價(jià)和產(chǎn)能評(píng)估三大過程模型。溫度預(yù)測(cè)模型由GM（1，1）與ANN組合優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，絕對(duì)誤差±5℃評(píng)價(jià)模型，預(yù)報(bào)命中率達(dá)90％以上，可以指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)節(jié)。廢氣軟測(cè)量模型結(jié)構(gòu)為ANN{3-5-4}，用絕對(duì)誤差小于1評(píng)價(jià)模型，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)88.6％?；贔LUENT仿真結(jié)果對(duì)新工況排廢的預(yù)測(cè)，具二次仿真性。產(chǎn)能評(píng)估模型結(jié)構(gòu)為ANN{3-9-1}，用相對(duì)誤差小于1％評(píng)價(jià)模型，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確

5、率達(dá)96％。產(chǎn)能ANN模型比回歸模型更能揭示系統(tǒng)關(guān)系。 （4）針對(duì)焙燒過程常規(guī)、單一PID控制方式的不足，提出并建立了焙燒過程模糊專家控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一種Complex-PID控制器和空燃比專家調(diào)節(jié)器，并提出了一種焙燒過程分段調(diào)節(jié)控制策略。其中，控制器由FNN單元、PID單元和閾值調(diào)節(jié)單元組成，采用模糊方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法對(duì)PID進(jìn)行調(diào)整，保證具有最優(yōu)或次優(yōu)控制參數(shù)。調(diào)節(jié)器綜合數(shù)值模擬、視頻監(jiān)控和煙氣氧量等反饋信息尋優(yōu)調(diào)節(jié)。

6、分段調(diào)節(jié)控制策略實(shí)現(xiàn)了不同工況下溫度的優(yōu)化控制，精度達(dá)±5℃，穩(wěn)定了爐況。 （5）針對(duì)焙燒生產(chǎn)和管理工作的不完善，提出并架構(gòu)了焙燒過程ANNES指導(dǎo)系統(tǒng)。采用產(chǎn)生式規(guī)則表示過程顯式知識(shí)，ANN模型表示隱式知識(shí)，兩類知識(shí)由隸屬函數(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。建立風(fēng)機(jī)故障、燃燒調(diào)節(jié)和狀態(tài)分析知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)了燃燒和過程的分析和監(jiān)測(cè)；建立GA-ANNES優(yōu)化模型庫，實(shí)現(xiàn)了過程能耗分析，解決了高產(chǎn)低耗參數(shù)優(yōu)化問題；建立旋風(fēng)器操作指導(dǎo)知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)了旋風(fēng)分離AN

7、NES分析診斷和操作優(yōu)化。 （6）開發(fā)了基于PLC的SCADA系統(tǒng)和基于VC++、Matlab的集成優(yōu)化系統(tǒng)。兩系統(tǒng)間的通訊采用OPC技術(shù)、自定協(xié)議和DeviceNet總線方式實(shí)現(xiàn)。PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制，優(yōu)化系統(tǒng)集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程的優(yōu)化和控制。 本文開發(fā)的集成優(yōu)化系統(tǒng)在年產(chǎn)能5萬噸氣態(tài)懸浮焙燒爐工業(yè)試驗(yàn)中取得很好的優(yōu)化效果：熱耗降低了14.3％，達(dá)到了3.09MJ/kg；主爐溫度降低了8.8％，控