Способ управления приготовлением шихты для спекания из известняковой пульпы, нефелина и промводы

 

Использование: изобретение относится к области управления процессами безотходной переработки алюмосиликатов и, в частности, к способам управления технологическим процессом приготовления шихты для спекания. Сущность изобретения: на основе периодических измерений содержаний кальция и кремния в известняковой пульпе, нефелине и промводе и на основе непрерывных измерений плотностей известняковой пульпы и промводы с помощью математической модели смешения получают заданные значения расходов промводы и нефелина при известном расходе известняковой пульпы, которые позволяют поддерживать на заданных уровнях известковый модуль известняково-нефелиновой шихты и ее влажность. Вторую математическую модель получения известняковой пульпы используют для расчета содержания кальция и кремния в известняковой пульпе на каждом шаге управления на основе измеренного значения содержания кальция и кремния в известняке и расчетного содержания кальция и кремния в промводе. При каждом измерении содержания кальция и кремния в известняковой пульпе с помощью обратной модели получения известняковой пульпы корректируют содержания кальция и кремния в известняке. 3 ил.

Способ относится к области управления процессами безотходной переработки щелочных алюмосиликатов и, в частности, к способам управления технологическим процессом приготовления шихты для спекания из известняковой пульпы, нефелина и промводы.

Известен способ управления приготовлением шихты из нефелина, известняка и промводы (а. с. N687768), в котором шихту приготавливают из известняка, нефелиновой пульпы и промводы. Способ содержит измерение расходов известняка, нефелиновой пульпы и промводы, измерение известкового и щелочного модулей и влажности шихты, стабилизацию соотношения расходов известняка и нефелиновой пульпы. Соотношение расходов известняка и нефелиновой пульпы изменяют в зависимости от отклонения измеренной величины известнякового модуля от заданного его значения, соотношение расходов известняка и промводы изменяют в зависимости от влажности шихты. Щелочной модуль стабилизируют изменением расхода щелочного раствора в бак промводы в зависимости от отклонения заданного значения щелочного модуля от его измеренного значения.

К недостаткам указанного способа следует отнести то, что измерение известкового и щелочного модулей в шихте производят периодически и с запаздыванием от 0,7 до 1,2 ч на время проведения анализа. Процесс получения шихты смешением компонентов в репульпаторе длится не более 15 20 мин. Таким образом, полученные результаты анализа, используемые для коррекции соотношения расходов компонентов, адекватны только в том случае, когда используют сырье с постоянным химсоставом и влажностью или осуществляют процесс усреднения шихты в больших емкостях со временем пребывания в них 4 6 ч. Точность поддержания известкового модуля при использовании способа зависит от емкости бассейнов для хранения пульп.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления дозировкой основных потоков в репульпатор (В.В.Александров и др. "Автоматизированная система управления Нефелин-1". М. Металлургия, 1976, с. 21 42), принятый за прототип, в котором измеряют расходы и влажности нефелина и известняковой пульпы, расход промводы, плотности известняковой пульпы, промводы и известняково-нефелиновой шихты, периодически с заданными периодами измеряют содержание кальция и кремния в известняковой пульпе, промводе, нефелине и известняково-нефелиновой шихте. С использованием математической модели процесса получения известняково-нефелиновой шихты смешением известняковой пульпы, промводы и нефелина определяют заданные значения расходов нефелина и промводы при установленном расходе известняковой пульпы, исходя из условия, что полученная известняково-нефелиновая шихта имеет заданные влажности и известняковый модуль. Расходы промводы и нефелина поддерживают на заданных уровнях и корректируют в зависимости от отклонения измеренных значений влажности и известнякового модуля известняково-нефелиновой пульпы от их заданных значений.

К недостаткам указанного способа следует отнести наличие большого запаздывания в цепи обратной связи из-за большой длительности проведения анализа, что ухудшает точность поддержания известкового модуля. В способе не учитывают влияние изменения плотностей известняковой пульпы и промводы на содержание кальция и кремния в известняковой пульпе, что снижает точность компенсации возмущений с помощью математической модели для определения дозировок компонентов в репульпатор, а также приводит к уменьшению точности поддержания известкового модуля в известняково-нефелиновой шихте.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности поддержания известкового модуля известняково-нефелиновой шихты на заданном уровне.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления шихты для спекания из известняковой пульпы, нефелина и промводы, включающем периодические с заданными периодами измерения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, нефелине и промводе, измерения расхода известняковой пульпы и плотностей известняковой пульпы и промводы, поддержание на заданных уровнях расходов нефелина и промводы, определенных с помощью математической модели получения известняково-нефелиновой шихты, дополнительно периодически с заданным периодом измеряют содержания кальция и кремния в известняке, пропорционально измеренным значениям содержания кальция и кремния в известняке и промводе плотностей известняковой пульпы и промводы с помощью второй математической модели получения известняковой пульпы определяют содержания кальция и кремния в известняковой пульпе в промежутке между измерениями указанных величин в известняковой пульпе и, в соответствии с найденным содержанием кальция и кремния в известняковой пульпе, корректируют расход нефелина, определенный с помощью первой математической модели, периодически, с частотой измерения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, в промежутках между измерениями указанных величин с помощью обратной математической модели получения известняковой пульпы пропорционально содержаниям кальция и кремния в известняковой пульпе и промводе и их плотностям определяют содержания кальция и кремния в известняке на момент отбора пробы известняковой пульпы и используют полученные значения для определения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе с помощью второй математической модели.

Таким образом, в промежутках между измерениями содержания кальция и кремния в известняковой пульпе в зависимости от плотностей известняковой пульпы и промводы оценивают количество кальция и кремния в известняковой пульпе с помощью второй математической модели и полученные оценки используют для расчета дозировки нефелина по первой математической модели. При этом исходят из предположения, что содержания кальция и кремния в известняке и промводе постоянны в промежутках между их измерениями. Учет изменения химсостава известняковой пульпы увеличивает точность поддержания известкового модуля в известняково-нефелиновой пульпе. После каждого измерения кальция и кремния в известняковой пульпе определяют содержание кальция и кремния в известняке, на момент отбора пробы известняковой пульпы с помощью обратной модели получения известняковой пульпы, исходя из предположения, что содержания кальция и кремния в известняковой пульпе и промводе равны измеренным значениям. Полученные содержания кальция и кремния в известняке используют для определения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе с помощью второй математической модели получения известняковой пульпы. Таким образом содержания кальция и кремния в известняке определяют не только при непосредственном измерении их содержания в известняке, но и при измерении содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, что повышает точность оценки содержания кальция и кремния в известняковой пульпе в промежутках между их измерениями.

Совокупность указанных приемов и методов для достижения поставленной цели в известных источниках научно-технической информации не выявлена, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена блок-схема системы управления, реализующей способ. Система управления содержит репульпатор 1, расходомер 2 известняковой пульпы камерного типа, автоматические пробоотборники 3, 4 и 5 с измерителями содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, промводе и нефелине, типа "Квантометр", ключи 6, 8 и 9, имитирующие периодическое измерение содержания кремния и кальция в известняковой пульпе, промводе и нефелине соответственно, блок 7, имитирующий запаздывание на проведение анализа, дозаторы 10 и II промводы и нефелина соответственно, плотномеры 12 и 13 радиационного типа для измерения плотностей известняковой пульпы и промводы, арифметический блок 14 для определения заданных значений расходов Q^x_пв промводы и G^x нефелина с задатчиками 15 и 16 типа ЗУ-05 плотности известняково-нефелиновой пульпы и известнякового модуля, второй арифметический блок 17 для оценки содержаний кремния Si_ип и кальция Ca_ип в известняковой пульпе в промежутках между измерениями указанных величин, третий арифметический блок 18 для периодической оценки содержаний кальция CI и кремния SI в известняке.

Выход расходомера 2 известняковой пульпы соединен с первым входом первого арифметического блока 14. Выход измерителя 3 через ключ 6 и блок запаздывания 7 соединен с первым входом блока 17. Выход измерителя 4 через ключ 8 соединен с вторым входом блока 17. Первый и второй выходы блока 14 соединены с соответствующими входами дозаторов 10 и II промводы и нефелина. Задатчики 15 и 16 соединены с вторым и третьим входами блока 14. Выход измерителя 5 через ключ 9 соединен с четвертым входом блока 14. Выходы плотномеров 12 и 13 соединены с пятым и шестым входами блока 14 и с третьим и четвертым входами блока 17 соответственно. Пятый вход блока 17 соединен с выходом блока 18. Второй выход блока 17 соединен с седьмым входом блока 14, третий выход блока 17 через ключ 6 соединен с вторым входом блока 18. Арифметические блоки 14, 17 и 18 реализованы на базе контроллеров типа "Ломиконт" со стандартным набором драйверов и УСО. Ключи 6, 8 и 9 имитируют периодичность взятия проб и могут быть реализованы с помощью моторных реле времени. Использование контроллеров для реализации блоков 14, 17 и 18 приводит к тому, что заданные значения расходов нефелина G^x и промводы Q^x_ип определяют синхронно с опросом датчиков, который осуществляют с установленным периодом, продолжительность которого не более, чем 0,05 0,01 постоянной времени объекта. В промежутках между опросами на выходах указанных блоков расчетные величины сохраняют постоянные значения за счет фиксаторов нулевого порядка, входящих в состав контроллеров. Предполагается также, что на входах блоков 14 и 17, подключенных через ключи 6, 8 и 9, при разомкнутых ключах сохраняются измеренные измерителями 3, 4 и 5 значения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, нефелине и промводе, а на втором входе блока 18 сохраняются расчетные значения содержания кальция и кремния в промводе на момент отбора пробы известняковой пульпы.

Блок-схема блока 10 приведена на фиг.2. Схема содержит расходомер 19 камерного типа, регулятор 20 типа P 12 с исполнительным механизмом 21 типа МЭКО. При этом выход расходомера 19 и первый выход блока 14 (Фиг.1) соединены с первым и вторым входами регулятора 20 соответственно, а выход последнего соединен с исполнительным механизмом 21.

Блок-схема блока 11 представлена на фиг.3. Схема содержит весоизмеритель 22 ленточного типа, регулятор 23 типа Р12 и исполнительный механизм 24 типа МЭКО. При этом выход весоизмерителя 22 и второй выход блока 14 (фиг.1) соединены с первым и вторым входами регулятора Р12 соответственно, а выход регулятора 23 соединен с исполнительным механизмом 24.

Система работает следующим образом. Датчиком 2 измеряют расход известняковой пульпы Q_ип, а измерителями 3, 4 и 5 периодически с заданными периодами Т1, Т2 и Т3 соответственно определяют содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, промводе и нефелине в к твердому. Датчиками 12 и 13 измеряют плотность известняковой пульпы P_ип и промводы P_пв соответственно. В блоке 14 определяют заданные значения расходов промводы Q^x_пв и нефелина G^x с помощью математической модели получения известняково-нефелиновой шихты: где MZ заданное значение известнякового модуля, получаемое от задатчика 15; PZ заданное значение плотности известняково-нефелиновой пульпы, получаемое от задатчика 16; C3, S3, C2, S2, CH, SH содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, промводе и нефелине в г/см³, получаемые в блоках 17 и 14. При получении результатов анализа от измерителя 5 через ключ 9 в блоке 14 получают: где CH_a, SH_a содержания кальция и кремния в нефелине в от твердого, получаемые от измерителя 5.

В блоке 17 определяют: текущее значение содержания кальция и кремния в промводе: где C_пв и S_пв содержания кальция и кремния в от твердого, получаемые через ключ 8 от измерителя 4,
PT плотность твердой фазы (постоянная величина 2,31 г/см³),
P_пв измеренное датчиком 13 значение плотности промводы.

Долевое содержание твердого СИП в г/см³ и жидкой фазы УП1 в известняковой пульпе:

где P_ип плотность известковой пульпы, получаемая от датчика 12,
содержания кальция и кремния в известняковой пульпе:
C3 CI.СИП + C2.УП1,
S3 I.СИП + S2.УП1, (5)
где CI, SI содержания кальция и кремния в известняке в г/см³, получаемые от блока 18.

Уравнения (3), (4) и (5) являются второй математической моделью, реализованной в блоке 17.

Кроме того, в блоке 17 при получении результатов анализа известняковой пульпы от измерителя 3 через ключ 6 и блок запаздывания 7 переводят результаты из от твердого в г/см³:

где A (P_пв·1) PT. УП1 / (PT-1) + G ИП
Найденные значения содержания кальция и кремния в известняковой пульпе из блока 17 передают в блоки 14 и 18. Из блока 17 в блок 18 передают также величины С2, S2, УП1 и GИП при замыкании ключа 6. Таким образом величины C3 и S3 поступают в блок 18 с запаздыванием, определяемым блоком 7, а величины С2, S2, УП1 и GИП передают в момент отбора пробы, то есть при замыкании ключа 6. В блоке 18 находят содержания кальция и кремния в известняке с помощью обратной математической модели на момент отбора пробы известняковой пульпы:

До получения первых значений результатов анализов от измерителей 3, 4 и 5 исходные значения величин CH, SH, C1, S1, C2 и S2 назначают, исходя из практических соображений по средним значениям указанных величин.

На первый вход регулятора 20 подают Q_пв (см. фиг.2), измеренное датчиком 19 значение расхода промводы, а на второй вход подают заданное Q^x_пв значение расхода промводы от блока 14. Регулятор 20 вырабатывает управляющее воздействие

где A11 и A21 коэффициенты, определяемые при настройке системы, реализующей способ по минимуму квадратичного критерия.

Исполнительный механизм 21 устанавливает расход промводы равным заданному значению.

На первый вход регулятора 23 (см. фиг.3) подают измеренное весоизмерителем 22 значение G расхода нефелина, а на второй вход заданное его значение G^x с выхода блока 14 (см. фиг.1). Регулятор 23 вырабатывает управляющее воздействие:

где A31, А41 коэффициенты, определяемые при настройке системы, реализующей способ, по минимуму квадратичного критерия.

Исполнительный механизм 24 устанавливает расход нефелина равным заданному значению.

Способ осуществляют при расходах известняковой пульпы от 10 до 500 м³/ч, при заданных значениях известкового модуля 1,89 2,01 и плотности известняково-нефелиновой шихты 1,7 1,85 г/см³. Рекомендуемые значения периодов опроса измерителей 3,4 и 5: Т1 1 2 ч, Т2 4 12 ч и Т3 8 24 ч. Рекомендуемые значения коэффициентов настройки регуляторов A11 A31 0,2 -0,8 и A21 A41 0,1 0,5.

Способ позволяет уменьшить на 10 -12% по сравнению с прототипом, дисперсию известкового модуля при колебаниях плотностей промводы и известняковой пульпы ± 10% от номинала, определяемого регламентом предприятия.

Пример реализации.

Дано: MZ 2,0, PZ 1,75 г/см³, PT 2,31 г/см³, Т1 2 ч, Т2 8 ч и Т3 8 ч. Исходное значение интегральной суммы в (8) равно 50, A11 0,5, A21 0,5. Исходное значение интегральной суммы в выражении (9) равно 500, A31 0,5, A41 0,2.

1. Датчиком 2 измеряют расход известняковой пульпы: Q_ип 200 м³/ч.

2. Датчиками 12 и 13 измеряют плотности известняковой пульпы и промводы: P_ип 1,68 г/см³, P_пв 1,2 г/см³.

3. Измерителями 3, 4 и 5 определяют содержания кальция и кремния в известняковой пульпе, промводе и нефелине соответственно:
C_ип 45% S_ип 2% C_пв 2% S_пв 3% CH_а 4% SH_а 45%
4. В блоке 17 в соответствии с (4) получают:
GИП 2,31(1,68-1,2)/(2,31-1,2)=1,0 г/см³,
УП1 (2,31-1,68)/(2,31-1,2)=0,568.

В соответствии с (3) получают:
C2 0,01х2х2,31(1,2-1)/(2,31-1)=0,0075 г/см³,
S2 0,01х3,231(1,2-1)/(2,31-1) 0,0105 г/см³.

В соответствии с (6) получают:
A (1,2-1)2,31х0,568/(2,31-1)=1,11,
C3 0,01х45х1,11=0,496 г/см³,
S3 0,01х2х1,11=0,022 г/см³.

5. В блоке 14 в соответствии c (2) получают:
CH 0,01х4=0,04, SH 0,01х45=0,45.

В соответствии с (1) получают:
A1 (1,07х0,04-2х0,496)/(2х0,0105-1,07х0,0075)=-72,6.

A2 (1,07х0,52-2х0,022)/(2х0,0105-1,07х0,0075)= 39,3.

A3 (2,31-1,75)/(1,75-1,2)2,31=0,45.

A4 (1,68-1,75)/(1,75-1,2)= -0,12.

Q^x_пв 200(-0,12)(-72,6)-39,3х0,45)=24,4 м³/ч.

G^x 200(-0,12)-39,3)/(-72,6)-0,45) 108 т/ч.

6. В блоке 18 в соответствии с (7) получают:
С1 (0,496-0,0075х0,568)/1=0,492 г/см³.

S1 (0,022-0,0105х0,568)/10,016 г/см³.

7. Датчиком 19 измеряют расход промводы: Q_пв=25 м³/ч.

8. В соответствии с (8) находят управляющее воздействие в блоке 20:
У1=0,5(24,4-25)+0,5(50+(24,4-25)) 24,67 м³/ч.

Исполнительный механизм 21 устанавливает расход промводы, равный 24,6 м³/ч.

9. Весоизмерителем 22 измеряют расход нефелина G 100 т/ч.

10. В соответствии с (9) в регуляторе 23 вырабатывают управляющее воздействие У2:
У2=0,5(108-100)+0,2(500+(108-100)= 105,6 т/ч.

Исполнительный механизм 24 устанавливает расход нефелина, равный 105,6 т/ч.

В промежутке между измерениями содержаний кальция и кремния в известняковой пульпе (t0 Т1) в блоке 17 в соответствии с (3), (4) и (5) находят C3 и S3 при измеренных значениях плотностей P_ип и P_пв и постоянных значениях содержаний кальция и кремния в известняке, определенных ранее в блоке 18 (см. п. 6) при получении результатов определения содержания кальция и кремния в промводе и известняковой пульпе в соответствии с (7).

1. Измеренные датчиками 12 и 13 значения плотностей P_ип и P_пв равны:
P_ип= 1,66 г/см³, P_пв= 1,21 г/см³.

2. В блоке 17 в соответствии с (3) получают:
C2=0,01х2,31(1,21-1)/(2,31-1)=0,0079 г/см³.

S2=0,01х3х2,31(1,21-1)/(2,31-1)=0,011 г/см³.

В соответствии с (4) получают:
GИП=2,31(1,66-1,21)/(2,31-1,21)=0,96 г/см³, УП1=(2,31-1,66)/(2,31-1,21)= 0,6.

В соответствии с (5) находят:
C3=0,492х0,96+0,0079х0,6=0,481 г/см³.

S3=0,016х0,96+0,011х0,6=0,016 г/см³.

3. В блоке 14 в соответствии с (1):
A1=(1,07х0,04-2х0,496)/(2х0,0079-1,07х0,011)= -73.

A2=(1,07х0,481-2х0,016)/(2х0,0079-1,07х0,011)=37,4.

A3=(2,31-1,75)/(1,75-1,21)=0,46.

A4=(1,66-1,75)/(1,75-1,21)=-0,166.

Q^x_пв 200(-73)(-0,166)-37,4х0,46)/(-73)-0,46)=13,2 м³/ч.

G^x200(-0,166)-37,4)/(-73)-0,46)=102 т/ч.

4. Действия в блоках 10 и 11 аналогичны действиям по п.п.7 10 первого варианта примера.

Расчет по п.3 во втором примере приведен при условии, что расход известняковой пульпы Q_ип, измеренный датчиком 2, не изменился по сравнению с первым примером.

Действия по п.п.1 10 первого примера производят при каждом j-ом замыкании ключа 6. При этом определение C3 и S3 в блоке 17 (см. п.4) в соответствии с (6) производят спустя промежуток времени запаздывания, вводимый блоком 7 (обычно 1 1,5 ч), на время определения С_ип и S_ип в отобранной пробе известняковой пульпы. Вычисление С1 и S1 в блоке 18 в соответствии с (7) производят при получении от блока 17 результатов вычисления C3 и S3 по (6) при значениях GИП и УП1, получаемых от блока 17 в момент замыкания ключа 6 и запомненных в регистре памяти, входящем в состав блока 18.

Действия по п.п.1 4 второго примера производят на каждом i-ом шаге управления. Длительность такта управления определяется дискретностью опроса блоков 2, 12, 13, 15 и 16, производимых блоками 14 и 17, и дискретностью расчета заданных значений Q^x_пв и G^x в блоке 14. Вычисление величин CH и SH производят при каждом i-ом замыкании ключа 9. Вычисление С2 и S2 производят при каждом М-ом замыкании ключа 8 и на каждом i-ом такте управления.

В примере не приведена индексация шагов управления, поскольку предполагается, что дискретность опроса равна дискретности расчета заданных значений расходов. В промежутках между (i-1)-ым и i-ым шагами управления заданные значения расходов и другие расчетные величины, определяемые в блоках 14, 17 и 18, сохраняются неизменными.

Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения достигается за счет увеличения коэффициента извлечения полезных компонентов из спека, получаемого из шихты для спекания, который увеличивается благодаря более ровному составу известняково-нефелиновой шихты по известковому модулю на 0,1 0,2% Для завода производительностью по 255000 т глинозема и содопродуктов при среднем значении коэффициента извлечения, равном 85 и стоимости глинозема в среднем 160 руб/т и содопродуктов 60 руб/т, прирост выпуска продукции и дополнительная прибыль от продажи составят:
прирост выпуска глинозема: 300 -600 т,
прирост выпуска содопродуктов: 300 600 т,
дополнительная прибыль от продажи: П=(160+60)300=66000 руб или П= (160+60)600=132000 руб.

Экономический эффект при коэффициенте амортизационных отчислений 0,15 и суммарных затратах на оборудование в пределах 50000 руб. равен:
Э=66000-0,15х50000=58500 руб/год или
Э=132000-0,15х50000=124500 руб/год.

Формула изобретения

Способ управления приготовлением шихты для спекания из известняковой пульпы, нефелина и промводы, включающий периодические с заданными периодами измерения содержаний кальция и кремния в известняковой пульпе, нефелине и промводе, измерения расхода известняковой пульпы и плотностей известняковой пульпы и промводы, поддержание на заданных уровнях расходов нефелина и промводы у определенных с помощью математической модели получения известняково-нефелиновой шихты, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности поддержания известкового модуля известняково-нефелиновой шихты на заданном уровне, дополнительно периодически с заданным периодом измеряют содержания кальция и кремния в известняке, пропорционально измеренным значениям содержаний кальция и кремния в известняке и промводе плотностей известняковой пульпы и промводы с помощью второй математической модели получения известняковой пульпы определяют содержания кальция и кремния в известняковой пульпе в промежутке между измерениями указанных величин в известняковой пульпе и в соответствии с найденными содержаниями кальция и кремния в известняковой пульпе корректируют расход нефелина, определенный с помощью первой математической модели, периодически с частотой измерения содержаний кальция и кремния в известняковой пульпе в промежутках между измерениями указанных величин с помощью обратной математической модели получения известняковой пульпы пропорционально содержаниям кальция и кремния в известняковой пульпе и промводе и их плотностям определяют содержание кальция и кремния в известняке на момент отбора пробы известняковой пульпы и используют полученные значения для определения содержаний кальция и кремния в известняковой пульпе с помощью второй математической модели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3