Некоторые вопросы разработки системы автоматизации руднотермической печи фосфорного производства

Руднотемические печи для плавки сырья получили широкое распространение в фосфорной промышленности. В условиях рыночной экономики все более жесткие требования предъявляются к эффективности функционирования и качеству продукции этих печей, что невозможно осуществить без применения современных методов управления и создания систем автоматизации с применением современных технических средств, в первую очередь контроллеров и ЭВМ.

Фосфорная руднотермическая печь (РТП) закрытого типа характеризуется ограниченной доступностью контроля параметров процесса, недостаточной изученностью, агрессивностью среды и потенциальной опасностью. Это в свою очередь определяет необходимость разработки математической модели, позволяющей восполнить недостающую информацию о технологических параметрах, которые недоступны для прямого контроля и необходимы для управления фосфорной РТП.

В настоящее время принятие того или иного решения, например, о снижении мощности печи для обеспечения качества фосфора или о снижении требований к степени восстановления фосфора для поддержания заданного уровня мощности, т.е. о ведении процесса с большим содержанием P2O5 в щлаке, возлагается на технолога. Недостаточный объем информации о процессе приводит к тому, что при принятии решений по управлению операторы во многом ориентируются на субъективный опыт и интуицию, учитывая лишь качественные связи между электротехнологическими параметрами протекания процесса в фосфорной руднотермической печи. Принимаемые при этом решения довольно часто становятся источником неоправданных материальных и энергетических потерь, а также являются причиной сокращения сроков службы оборудования из-за нарушения режимов его эксплуатации.

Несовершенство существующих методов управления технологическим режимом обуславливает снижение производительности печных установок на 10-20%.

В работе рассмотрены вопросы описания руднотермической печи как объекта управления и определения входных и выходных переменных, влияющие на режим ее работы, значимых возмущающих переменных, а также управляющих воздействий.

Как объект управления фосфорная руднотермическая печь представляет собой сложный многомерный динамический производственный комплекс, имеющий значительную инерционность, тесную взаимосвязь входных и выходных переменных, значительный уровень возмущений, а также ограниченную возможность оперативного контроля большого числа переменных.

В состав вектора входных переменных процесса входят такие переменные, как расходы фосфорита, электродной массы, составы фосфорита, кварцита, кокса, золы восстановителя; вид используемого сырья; максимальная энергетическая мощность печной установки.

Вектор переменных выходных технологических потоков процесса включает в себя:

  1. переменные, которые могут быть рассчитаны по математичексой модели процесса: выход и состав шлака, пыли, феррофосфора; выход фосфора; массовый и объемный выход печного газа, его плотность; масса и изменение массы углеродистого слоя; общий удельный расход электроэнергии; содержание P2O5 в шлаке; мощность печной установки потребляемая из сети; электрический КПД; линейный расход электрода;
  2. переменные, которые могут быть измерены: сила тока; положение электродов; объемный выход газа; высшие гармоники в токе электродов; температура печного газа; расход электроэнергии (по данным счетчика электроэнергии), количество электроэнергии, потребленное между перепусками электродов; расход электроэнергии за время закрытых шлаковых леток по показаниям счетчика.

Вектор управляющих переменных включает: расход кокса и расход кварцита; изменение мощности печи путем перемещения электродов (для изменения величины тока) или переключением ступеней напряжения печного трансформатора (линейного напряжения на электродах); перепуск электродов; выпуск шлака и феррофосфора.

К значимым возмущающим воздействиям относятся: случайные колебания компонентного состава шихты (химический и гранулометрический состав шихты, зольность и влажность шихты);

скачки напряжения в питающей сети трансфоратора печной установки; свищи, спекание и обвалы шихты. В результате воздействия этих факторов изменяется количество прореагировавшего углерода в реакционном пространстве печи, что, в свою очередь, ведет к колебанию сопротивления подэлектродного пространства, определяемого массой углеродистого слоя.

Структура математической модели такого сложного процесса, как электроплавка, определялась на основе выделения в РТП отдельных однородных зон, отличающихся характером протекания физико-химических превращений, раздельного математического описания зон при соответствующих граничных условиях и получения уравнений связи между зонами.

Математическая модель, необходимая для управления процессом, разрабатывалась исходя из анализа функционирования РТП с описанием динамики физико-химических процессов, протекающих в ванне печи, на основе уравнений материального и теплового балансов отражающих во взаимосвязи химизм процесса, уравнения кинетики и тепломассопереноса.

На основании математической модели по данным состава шихты могут оперативно рассчитываться потери фосфора и выход фосфора в процентах от связанного фосфора, содержащегося в исходном сырье в виде P2O5. Одновременно могут быть определены такие технико-экономические показатели процесса, как удельные расходы шихты и сырьевых материалов, выход продуктов плавки, потери фосфора с отходящими газами, шлаком, пылью, феррофосфором и пр.

Параметрическая идентификация модели первоначально проводится путем сравнения результатов измерения на реальной РТП ТОО «Казфосфат» по данным пассивных и активных экспериментов с результатами расчетов по математической модели в идентичных условиях.

В дальнейшем оценка адекватности и настройка параметров модели может проводится путем сравнения расчетных показателей с фактическими.

Следует отметить, что такая модель должна явиться основой системой автоматизации процесса и базой для разработки алгоритмов оптимального управления. Кроме того модель позволит решать задачи технологического проектирования процесса и выбора наилучших конструктивных и режимных параметров электропечи.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Рудницкий В.Б. Автоматизация процессов рудной электроплавки в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1973.
  2. Лернер В.С. Методика идентификации объекта и выбора оптимальных уравнений процесса электроплавки. Труды НИИ автоматики, ХХХ, Кировокан, 1967.
  3. Ершов В.А. Исследование процесса электротермической переработки фосфоритов Каратау: Автореферат дис. … д-ра. техн. наук/ ЛТИ им. Ленсовета. – Л., 1973. – 36 с.
  4. Патрушев Д.А. Некоторые вопросы взаимосвязи между физико-химическими и электрическими явлениями в фосфорной печи: Автореферат дис. … канд. техн. наук/ УПИ им. С.М. Кирова. – Свердловск, 1958. – 24 с.
  5. Ершов В.А., Данцис Я.Б., Жилов Г.М. Теоретические основы химической электротермии. Л.: Химия, 1978. – 184 с.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...