Автоматизация технологического процесса вспучивания керамзита во вращающейся печи

• Автор: Фадеев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Введение

1 Задачи автоматизации вспучивания керамзита

во вращающихся печах

1.1 Особенности процесса вспучивания керамзита. Связь плотности керамзита с вспучиванием

1.1.1 Сырье применяемое для производства керамзита

1.1.2 Основные процессы, протекающие в гранулах сырца

при обжиге и вспучивании

1.1.3 Общая технология производства керамзита

1.1.4 Печи, применяемые при производстве керамзита

1.2 Обзор современного состояния средств автоматизации вращающейся печи

1.3 Задачи автоматизации процесса вспучивания керамзита

во вращающейся печи
1.4 Выводы по первой главе
2 Математическое описание технологического процесса
вспучивания керамзита во вращающейся печи как
объекта управления
2.1 Конструкция вращающейся печи
2.2 Определение объекта управлешш, основные возмущения
2.3 Расчетная схема вращающейся печи как объекта управления
2.4 Математическое описание горелки как элемента объекта управления
2.5 Математическое описание тепловых процессов в печи
2.6 Оценка адекватности вычислительной модели
2.7 Определение области управляемости
2.8 Синтез структуры упрощенного объекта управления
2.9 Выводы по второй главе
3 Система автоматического управления насыпной плотностью
керамзита при его обжиге во вращающейся печи
3.1 Требования к системе автоматической стабилизации
теплового поля вращающейся печи
3.2 О влиянии величины скорости нарастания температуры
на выбор режима управления вспучиванием
3.3. Алгоритм цифрового наблюдателя гв и бТлвг.
3.4 Математические модели основных звеньев системы
3.4.1 Математическая модель ленточного питателя
3.4.2 Математическая модель газовой задвижки
3.5 Структурный синтез системы автоматической стабилизации теплового поля вращающейся печи
3.6 Синтез и настройка регуляторов САУ. Достижимые показатели качества управления
3.7 Структура системы автоматического согласованного
управления з и 0П для обеспечения расширения диапазона р в условиях снижения энергозатрат
3.8 Оценка снижения энергозатрат на производство керамзита
3.9 Выводы по третьей главе 4 Экспериментальные исследования объекта
и системы управления
4.1 Методика экспериментальных исследований
объекта управления
4.1.1 Вычислительная модель обобщенного объекта управления. Методика исследования объекта управления в большом и малом
4.1.2 Переходные процессы в объекте управления
4.1.3 Переходные процессы в объекте управления по отношению к управляющему воздействию объемной тепловой мощности горелки Оп
4.1.4 Переходные процессы в объекте управления по отношению
к управляющему воздействию величине загрузки 3
4.1.5 Переходные процессы в объекте управления по отношению
к возмущающему воздействию влажности сырца у
4.1.6 Вычислительная модель упрощенного объекта управления
4.2 Натурные исследования объекта управления
4.2.1 Объект испытаний
4.2.2 Цели исследования
4.2.3 Экспериментальная установка
4.2.4 Методика проведения экспериментов и обработка результатов испытаний
4.3 Вычислительная модель системы управления вспучиванием
керамзита
4.3.1 Модель системы стабилизации температуры вспучивания
4.3.2 Модель системы стабилизации температуры в конце зоны подготовки
4.3.3 Вычислительная модель двумерной системы управления вспучиванием керамзита
4.4 Методика инженерного проектирования системы автоматического управления вспучиванием керамзита САУ ВК
4.5 Техническая реализация
4.6 Техникоэкономический расчет
4.7 Выводы по четвертой главе
Заключение
Библиографический список
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Считаем, что объемная тепловая мощность Зпт горелки передается через поверхность факела, где имеет место граничное условие второго рода. Также учитываем, что на этой границе дымовых газов и керамзита присутствует конвективный и лучистый теплообмен. Исходя из этого разработана система граничных условий. Система уравнений нелинейна, т. Поэтому решение систем уравнений выполнялось численным методом. В программной среде 8оПс1огк8 создана на основании уравнений и граничных условий вычислительная модель процесса вспучивания керамзита во вращающейся печи на примере печи типоразмера x2,5м, в которой обжигается керамзит из смышляевской глины как объекта управления с распределенными параметрами. В тепловом режиме работы вращающейся печи можно выделить два этапа На первом происходит прогрев печи от температуры окружающего воздуха до состояния, когда в ней происходит стабилизация температуры по длине, в результате чего в печи сформирована кривая обжига. Этот динамический процесс нагрева печи следует считать динамикой в большом. На втором этапе осуществляется обжиг керамзита, который сопровождается необходимым управлением поля печи путем изменения режима работы горелки или устройства загрузки печи. Происходящие при этом изменения температурного поля следует отнести к динамике печи в малом. В соответствии с этим при моделировании объекта управления рассматривались и анализировались отдельно тепловые процессы на первом и втором этапах, причем при рассмотрении динамики второго этапа считалось, что его начальные условия равны конечным условиям первого этапа. В результате расчта теплового поля печи на первом этапе при управляющих воздействиях Оп 2 Втм3, 3 тчас и возмущении у получена кривая обжига, по которой была оценена адекватность созданной математической модели. Это было осуществлено путем сравнения кривой обжига, известной из практики эксплуатации печи, с кривой, полученной в результате вычислительного эксперимента. Сравнение этих кривых показало, что их отклонение не превышает 7 в интересующих нас зонах подготовки и вспучивания. Адекватность разработанной модели вращающейся печи в динамике была подтверждена по оценке времени прогрева печи. При этом задавались допустимые из условий тсхшгчсской эксплуатации печи варианты приращений Д3П, Дя3 и Ду и наблюдались в сечениях гА, гв и гс значения температуры керамзита при скачкообразных изменениях управляющих и возмущающего воздействий. За граничные величины области управляемости принимались установившиеся значения кривых переходных процессов Тдт, Твт и Тст. Известно, что на температурное поле в зоне вспучивания накладывается ограничение сверху, обусловленное температурой плавления глины, и снизу, обусловленное возможностью возникновения вспучивания, что позволяет, путем постановки вычислительных экспериментов на модели с распределенными параметрами, определить граничные значения объемной тепловой мощности п. Для печи 2,5x м и глины смышляевского месторождения Тс тт 0 С, ТСшах С, соответственно Оптш 8 Втм3, Опшах 6 Втм3. Показано, что в условиях ограничения на Тт на участке АВ кривой обжига Смии ГШт Смин, в рассматриваемой печи накладывается ограничение на температуру ТА ТА тах 0 С, ТА 0 С. Это соответствует насыпной плотности р 0 ч 0 кгм3. Для работы печи с таким диапазоном Др необходимо, чтобы загрузочное устройство обеспечивало расход сырца не
менее Яз м час. Для исследования влияния управляющих воздействий на кривые обжига керамзита была проведена серия вычислительных экспериментов на модели печи как объекта с распределенными параметрами, в результате которых были построены три пространственные характеристики печи Тс ДОп, Яз гвэ Яз и Тг АЮп, Яз, где гвэ длина зоны вспучивания. Анализ этих зависимостей показал, что координата гА точки А практически не меняет своего значения при вариации Зп и Яз в определенном ранее диапазоне для монтажа датчика температуры в середине зоны вспучивания выбираем координату гс ,0 м, что соответствует практически середине участка ВЭ во всех экспериментах и принимаем ,0 м.