Способ управления процессом приготовления сырьевой смеси для производства цемента

 

Изобретение относится к области производства цемента при безотходной переработке природных щелочных алюмосиликатов и, в частности, для управления процессом приготовления сырьевой смеси из белитового шлама, известняково-бокситовой смеси и огарков. Сущность способа заключается в том, что измеряют химический состав исходных компонентов сырьевой смеси, измеряют плотность белитового шлама и влажность известняка и боксита, с помощью первой математической модели при заданных значениях коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей сырьевой смеси и по измеренным значениям расхода и плотности белитового шлама, влажности известняка и боксита и химсостава исходных компонентов находят заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси, после чего устанавливают ее расход равным заданному значению, при этом периодически с частотой отбора пробы сырьевой смеси с помощью второй математической модели в зависимости от химсостава исходных компонентов и сырьевой смеси и по измеренным значениям плотности белитового шлама и влажности известняка и боксита на момент отбора пробы сырьевой смеси находят текущий расход известняково-бокситовой смеси, а корректировку ее расхода ведут по ПИ-закону в зависимости от рассогласования между заданным и текущим значениями расхода известняково-бокситовой смеси. 1 ил.

Способ относится к области производства цемента при безотходной переработке природных щелочных алюмосиликатов, в частности для управления процессом приготовления сырьевой смеси из белитового шлама, известняково-бокситовой смеси и огарков.

Известен способ управления приготовлением сырьевой смеси, в котором дозируют жидкие и твердые сырьевые материалы в мельницу размола. Расчет расходов дозируемых материалов производят, исходя из уравнений материального баланса при заданных значениях коэффициента насыщения и глиноземного и силикатного модулей, в известном химсоставе компонентов [1] Недостатком способа является то, что не учитываются погрешности дозирующих устройств, что приводит к снижению качества управления поддержанием на заданных уровнях показателей качества сырьевой смеси с соответствующим последующим снижением качества получаемого при обжиге клинкера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления приготовлением сырьевой смеси, в котором дозируют белитовый шлам, известняк, известняково-бокситовую смесь и огарки, измеряют химсостав компонентов и полученной смеси, определяют величины коэффициента насыщения и глиноземный и силикатный модули и корректируют расход известняка, уменьшая его при увеличении и увеличивая при уменьшении коэффициента насыщения, а расходы известняково-бокситовой смеси и огарков увеличивают при увеличении силикатного и глиноземного модулей и уменьшают при уменьшении указанных выше модулей. Недостатком способа является то, что при корректировке расходов компонентов не учитывают их взаимное влияние на показатели качества, что и приводит к снижению качества управления. Так, при изменении расхода известняка изменяются не только коэффициент насыщения, но и силикатный модуль, а изменение расхода известняково-бокситовой смеси меняет коэффициент насыщения [2] Техническом эффектом настоящего изобретения является увеличение точности поддержания на заданных уровнях коэффициента насыщения и глиноземного и силикатного модулей.

Технический эффект достигается тем, что в способе управления процессом приготовления сырьевой смеси для производства цемента путем перемешивания белитового шлама, огарков и известняково-бокситовой смеси, полученной смешением известняка и боксита, включающем периодическое измерение химического состава сырьевой смеси, измерение расхода белитового шлама и корректировку расхода известняково-бокситовой смеси, измеряют химический состав исходных компонентов сырьевой смеси, измеряют плотность белитового шлама и влажность известняка и боксита, с помощью первой математической модели при заданных значениях коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей сырьевой смеси и по измеренным значениям расхода и плотности белитового шлама, влажности известняка и боксита и химсостава исходных компонентов находят заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси, после чего устанавливают ее расход, равным заданному значению, при этом периодически с частотой отбора пробы сырьевой смеси с помощью второй математической модели в зависимости от химсостава исходных компонентов и сырьевой смеси и по измеренным значениям плотности белитового шлама и влажности известняка и боксита на момент отбора пробы сырьевой смеси находят текущий расход известняково-бокситовой смеси, а корректировку ее расхода ведут по ПИ-закону в зависимости от рассогласования между заданным и текущим значениями расхода известняково-бокситовой смеси.

Сущность изобретения заключается в том, что дозировку расхода известняково-бокситовой смеси определяют с учетом плотности белитового шлама и влажности известняка и боксита, что повышает точность управления. По результатам анализа химсостава сырьевой смеси находят действительные значения расходов известняка и боксита в известняково-бокситовой смеси. Поскольку основным носителем погрешностей управления являются вариации химсостава известняка и боксита, то расход известняково-бокситовой смеси корректируют пропорционально величине отклонения найденного значения расхода известняково-бокситовой смеси от его заданного значения. То есть, при изменении расхода известняково-бокситовой смеси учитывают его влияние на все три показателя качества сырьевой смеси, что и позволяет повысить точность поддержания показателей качества сырьевой смеси на заданных уровнях. Химсостав компонентов и их влажность могут измеряться как периодически, так и непрерывно.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ при условии периодического измерения химсостава компонентов и непрерывного измерения их влажности. Устройство содержит шаровую мельницу размола 1 с тремя входами, расходомер 2 камерного типа, смеситель 3 ленточного типа известняка и боксита с двумя входами, весоизмеритель 4 тензометрического типа, вибропитатель 5, регулятор расхода 6 типа Р12 с двумя выходами, плотномер 7 радиационного типа, влагомер 8 кондуктометрического типа, автоматический пробоотборник 9 боксита, ключ 10, автоматические пробоотборники огарков, белитового шлама, сырьевой смеси и известняка 11 14 соответственно, влагомер известняка 15 кондуктометрического типа, ключи 16 20, имитирующие периодичность отбора проб компонентов и сырьевой смеси, математическую модель 21 с 8 входами, реализованную с помощью микро-ЭВМ типа ТВСО со стандартным набором драйверов и УСО, задатчики 22 24 типа ЗУ-05, корректор 25 типа А04, измеритель химсостава 26 рентгенофлюоресцентного типа с автоматической прободоставкой проб от пробоотборников с помощью пневмопочты и с фиксаторами нулевого порядка на двух его выходах, вторую математическую модель 27 с 7 входами, реализованную с помощью микро-ЭВМ типа ТБСО, трубопроводы 28 31 подвода известняка, боксита, белитового шлама и огарков соответственно и трубопровод 32 отвода сырьевой смеси.

Трубопровод 29 соединен со входом 33 смесителя 3, выход которого 34 соединен с 35 входом вибропитателя 5. Выход последнего 36 соединен с 37 входом весоизмерителя 4, выход 38 которого соединен с 39 входом мельницы 1. Выход 40 последней соединен с трубопроводом 32 отвода сырьевой смеси. Трубопровод 30 через расходомер 2 соединен с 41 входом мельницы 1, а трубопровод 31 соединен с 42 входом мельницы 1. Трубопровод 28 соединен с 43 входом смесителя 3. Выход 44 расходомера 2 соединен с 45 входом математической модели 21 и с 46 входом модели 27. Плотномер 7 соединен со входом 47 и 48 моделей 21 и 27 соответственно. Влагомер 8 соединен со входами 49 и 50 моделей 21 и 27. Задатчики 22 24 соединены со входами 51 53 модели 21 соответственно. Влагомер 15 соединен со входами 54 и 55 моделей 21 и 27. Выходы 56 и 58 модели 21 соединены со входами 57 модели 27 и 59 корректора 25 соответственно. Выход 60 корректора 25 соединен со входом 61 регулятора 6. Выход 62 последнего соединен со входом 63 вибропитателя 5. Выход 64 весоизмерителя 4 соединен со входом 65 регулятора 6. Пробоотборники 9 14 через ключи 16 20 соответственно соединены со входами 66 измерителя 26, выход 67 которого соединен с 68 и 69 входами моделей 21 и 27. Выход 70 измерителя 26 соединен через ключ 10 со входом 71 модели 27. Выход 72 модели 27 соединен с 73 входом корректора 25.

Устройство работает следующим образом. Белитовый шлам из трубопровода 30 через расходомер 2 подают на вход 41 мельницы 1, на 42 вход которой через трубопровод 31 подают огарки. Известняк из трубопровода 28 подают на вход 43 смесителя 3, а бокситы по трубопроводу 29 подают на вход 33 смесителя 3, с выхода 34 которого известняково-бокситовую смесь подают на 35 вход вибропитателя 5, а с выхода последнего 36 ее подают на вход 37 весоизмерителя 4. С выхода 38 весоизмерителя 4 смесь подают на вход 39 мельницы 1. Сырьевую смесь с выхода 40 мельницы 1 отводят по трубопроводу 32. Измерение G значение расхода известняково-бокситовой смеси направляют с выхода 64 весоизмерителя 4 на вход 65 регулятора 6. Регулирующее воздействие U с выхода 62 регулятора 5 подают на вход вибропитателя 5. Регулирующее воздействие определяют из выражения где A1 и A2 коэффициенты настройки, определяемые при настройке регулятора по минимуму квадратичного критерия; G^х заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси, подаваемое на 61 вход регулятора с 60 выхода корректора 25.

Вибропитатель 5 под воздействием управления U устанавливает расход известняково-бокситовой смеси G, равным G^х. Плотномером 7 измеряют плотность P белитового шлама, а расходомером 2 расход Q, которые подают на входы 47 и 45 модели 21 и входы 28 и 46 модели 27 соответственно. Измеренные влагомерами 8 и 15 значения W1 и W2 боксита и известняка соответственно подают на входы 49 и 54 модели 21 и на входы 50 и 55 модели 27 соответственно. Периодически с установленными периодами T1 T4 пробоотборниками 9, 11, 12 и 14 отбирают пробы боксита, огарков, белитового шлама и известняка. Периодичность отбора проб имитируется ключами 16 18 и 20 соответственно. Отобранные пробы по линии прободоставки подают на 66 вход измерителя 26, в котором определяют содержание кальция, кремния алюминия и железа в белитовом шламе /C1 C4/, известняке /C5 -C8/, боксите /C9 C12/ и огарках /C13 -C16/ соответственно. Результаты анализа выхода 67 измерителя 26 подают на входы 68 и 69 моделей 21 и 27 соответственно. В модели 21 определяют расчетное значение расхода известняково-бокситовой смеси по алгоритму: определяют влажность белитового шлама: W (P_т P)/(P_т-1)), (2) где P_т плотность твердой фазы белитового шлама; определяют заданные значения вторичных показателей качества
где KHZ, ГMZ и SMZ заданные значения коэффициента насыщения, глиноземного и силикатного модулей, получаемые от задатчиков 22 24;
определяют вспомогательные величины Д1Z и Д2Z:

находят заданные значения расходов известняка и боксита
GИZ=QxPxД1Z(1+W2)/(Д2Z(1+W)), GБZ=AxQxP(1+W1)/(1+W) (5)
где A=(B3ZxC3-C1)/(C9-B3ZxC11)-Д1Z(B3ZxC7-C5)/Д2Z(C9-B3ZxC11) (6)
определяют расчетное значение расхода G^х(О) известняково-бокситовой смеси
G^х(O) GИ + GБ (7)
В корректоре 25 получают заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси:
G^х G^х(O) + GА (8)
где GА получают с 72 выхода модели 27. С периодом времени T5 пробоотборником 13 отбирают пробу сырьевой смеси и по линии прободоставки направляют ее на 66 вход измерителя 26. Периодичность отбора пробы имитируют ключом 19, синхронным с ключом 10. В измерителе определяют содержания кальция, кремния, алюминия и железа /СШ1-СШ4/ в сырьевой смеси, после чего с выхода 70 измерителя 26 на вход 71 модели 27 через ключ 10 передают результаты анализа. В модели 27 находят действительные значения расходов известняка и боксита по алгоритму;
определяют действительные значения показателей качества смеси:
ГМА СШ3/СШ4, SMA СШ2/(СШ3+СШ4)
КНА (СШ1-1,65хСШ3+0,35х(СШ4)/(2,8х(СШ2) (9)
определяют действительные значения вторичных показателей качества:
BIA=I/IMA/, B2A=SMA(ГMA+I)/IMA,
B3A=(2/8xKHAxSMA(IMA+I)+1,65xIMA+0,35)/ГMA (10)
находят вспомогательные величины Д1А и Д2А:

определяют действительные расходы известняка и боксита:

где А (В3АхС3-С1)/(C9-В3АхC11)-ДIА(В3АхС7-С5)/(L2F(C9-В3АхС11) (13)
Q и P расход и плотность белитового шлама на момент отбора пробы сырьевой смеси проботборником 13, запомненные в модели 27 в момент замыкания ключа 19,
влажности боксита и известняка, запомненные в модели 27 в момент замыкания ключа 19,
влажность белитового шлама, вычисляемая по формуле
(14)
В модели 27 находят действительный расход известняково-бокситовой смеси:
GC GИА + GБА (15)
находят корректирующую поправку:

где B1 и B2 коэффициента, определяемые при настройке по минимуму квадратичного критерия.

После определения величины GA ключи 10 и 19 размыкают и на выходе модели 72 модели 27 сохраняют постоянное значение GA при помощи фиксатора нулевого порядка, входящего в состав блока 27, до следующего замыкания ключей 10 и 19. Рекомендуемые значения периодов контроля T1-T4 в пределах от 2 до 8 часов, а T5 от 1 часа до 2-х часов. Рекомендуемые значения коэффициентов настроек:
А1 0,1-0,8, А2 0,05-0,5, B1 0,1-0,8 и B2 0,05-0,5.

Устройство работает в условиях колебаний входных параметров в следующих пределах: Q 50-250 м³/час, G 50-300 т/час, P 1,65-1,85 г/см³, W1, W2 в пределах 10-25% заданные значения: коэффициента насышения 0,9-1,1, силикатного модуля 2,5-3,5, глиноземного модуля 0,8-1,2.

Пример реализации способа приведен в таблице.

Исходные данные:
C1 57,87, C2 30,72, C3 2,67, C4 2,81, C5 52,50, C6 2,80, C7 0,68, C9 1,86, C10 18,79, C11 52,53, C12 9,36, C13 0, C14 0, C15 0, C16 69,62, IMZ 1,0, SMZ 3,0, SMZ 0,93, A1 0,1, A2 0,05, B1 0,5, B2 0,10, CA 0, P_т 2,5.

Исходные значения интегральных сумм: по (1) равна 2600, по (16) равна 0,0.

1. Расходомером 2, весоизмерителем 4, плотномером 7 и влагомерами 8 и 14 измеряют параметры: Q 100 м³/час, G 130 т/час, P 1,75 г/см³, W1 0,201, W2 0,151.

2. После замыкания ключа 18 пробоотборником 12 отбирают пробу белитового шлама и измерителем 26 находят C1-C4. Полученные данные передают на вход блока 21 где их и запоминают, после чего ключ 18 размыкают.

3. После замыкания ключа 20 пробоотборником 14 отбирают пробу известняка и измерителем 26 находят состав известняка C5-C8 и запоминают его в блоке 21, после чего ключ 20 размыкают.

4. После замыкания ключа 16 пробоотборником 9 отбирают пробу боксита и измерителем 26 находят его состав C9-C12 и запоминают в блоке 21, после чего ключ 16 размыкают.

5. После замыкания ключа 17 пробоотборником 11 отбирают пробу огарков и измерителем 26 находят их состав C13-C16, после чего ключ 17 размыкают, а результаты запоминают в блоке 21.

6. В соответствии с (2) в блоке 21 находят влажность белитового шлама:
W (2,5 1,73)/(2,5(1,75 1))= 0,396
В соответствии с (3) находят B1Z, B2Z, B3Z:
B1Z 1,0, B2Z 3(1 + 1) 6
B3Z (2,8 x 3 x 0,93(1 + 1) + 1,65 x 1 + 0,35)/1 17,62
В соответствии с (4) находят Д1Z и Д2Z:
Д1Z 30,72-6 x 2,67 + (18,79 6 x 52,35)(17,624 x 2,67 57,87)/(1,86 - 17,264 x 52,3) 11,23
Д2Z 2,8 6 x 2,67 + (18,79 -6 x 52,35)(17,624 x 0,68 52,5)/(1,86 - 17,264 x 52,35) -13,0.

В соответствии с (5) находят заданные значения расходов известняка и боксита;
GИZ -100 x 1,75 x 11,23(1 + 0,15)/(-13(1 + 0,396) 124,5 т/час
GБZ (1 + 0,201)100 x 1,75 x 0,05/(1 + 0,396) 7,5 т/час
где A (17,264 x 2,67 57,87)/(1,86 -17,264 x 52,35) (11,23(17,264 x 0,68 52,5)/(-13(1,86 17,264 x 52,35) 0,05
В соответствии с (7) находят заданное значение (расчетное) расхода известняково-бокситовой смеси:
G^х(O) 124,5 + 7,5 132 т/час
Полученное значение C^х(O) передают на входы корректора 25 и модели 27.

7. В корректоре 25 в соответствии с (8) находят заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси.

G^х 132 + 0 132 т/час.

8. В регуляторе 6 в соответствии с (1) находят управляющее воздействие:
U 0,1(132 130) + 0,05 x (2600 + 132 130) 130,3 т/час.

Регулятор 6 воздействует на вибропитатель 5 до тех пор, пока G не сравняется с G^х.

9. После замыкания ключа 19 в модели 27 запоминают плотность г/с, расход шлама м³/час и влажности . Пробоотборником 13 отбирают пробу сырьевой смеси и в измерителе 26 определяют его химсостав: СШ1 53,61, СШ2 18,35, СШ3 3,11, СШ 2,74 и передают полученные результаты с выхода 70 измерителя 26 через ключ 10 на вход 71 модели 27, где и запоминают.

10. В блоке 27 в соответствии с (9) находят действительные значения показателей качества:
ГМА 3,11/2,74 0,88 SMA 18,35/(3,11 + 2,74) 3,136
КНА (53,61 1,65 х 3,11 + 0,35 х 2,74)/(2,8 х 18,35) 0,962
В соответствии с (10) находят ВГА, В2А и В3А:
B1А 1/1,135 0,88, B2A 3,136 x 2,135/1,136 5,878
B3A (2,8 x 3,136 x 0,962(1 + 1,135) + 1,65 x 1,135 +0,35)/1,135 17,84
В соответствии с (11) находят Д1А и Д2А Д1А 11,78 и Д2А -13,768
В соответствии с (13) находят A A 0,047 и в соответствии с (14) находят влажность белитового шлама в момент отбора пробы сырьевого шлама:

В соответствии с (12) и (15) находят расходы известняка, боксита и известково-бокситовой смеси:
GИА -132 x 1,75 x 11,78(1 + 0,15)/(-13,77(1 + 0,396) 162,79 т/час
GБА 132 x 1,75 x 0,047(1 + 0,201)/(1 + 0,396) 9,34 т/час
GC 162,79 + 9,34 172,096 т/час
В соответствии с (16) находят корректирующую поправку GA:
GA 0,5(132 172,096) + 0,1(132 172,096) -24 т/час.

11. В блоке 25 в соответствии с (8) находят заданные значения расхода известняково-бокситовой смеси:
G^х 132 24 108 т/час
12. С помощью регулятора 6 и вибропитателя 5 (см. п.8) устанавливают расход известняково-бокситовой смеси равным G^х и отключают ключи 10 и 11.

Экономический эффект от использования изобретения не может быть подсчитан непосредственно, так как полезное действие изобретения проявляется на пределе обжига сырьевой смеси и реализуется в повышении качества получаемого из клинкера цемента.

Формула изобретения

Способ управления процессом приготовления сырьевой смеси для производства цемента путем перемешивания белитового шлама, известняково-бокситовой смеси и огарков, включающий периодическое измерение химического состава сырьевой смеси, измерение расхода белитового шлама и корректировку расхода известняково-бокситовой смеси, отличающийся тем, что измеряют химический состав исходных компонентов сырьевой смеси, измеряют плотность белитового шлама и влажность известняка и боксита с помощью первой математической модели при заданных значениях коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей сырьевой смеси и по измеренным значениям расхода и плотности белитового шлама, влажности известняка и боксита и химсостава исходных компонентов находят заданное значение расхода известняково-бокситовой смеси, после чего устанавливают ее расход, равным заданному значению, при этом периодически с частотой отбора пробы сырьевой смеси с помощью второй математической модели в зависимости от химсостава исходных компонентов и сырьевой смеси и по измеренным значениям плотности белитового шлама и влажности известняка и боксита на момент отбора пробы сырьевой смеси находят текущий расход известняково-бокситовой смеси, а корректировку ее расхода ведут по ПИ закону в зависимости от рассогласования между заданным и текущим значениями расхода известняково-бокситовой смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1