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

1、目前，我國鋁工業(yè)迅速發(fā)展，氧化鋁產量已達1900萬噸/年。圍繞節(jié)能減排，開展氧化鋁行業(yè)技術創(chuàng)新的需求日益迫切。氧化鋁焙燒是對氧化鋁產、質量和生產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)懸浮焙燒生產表明，該工藝在設備配置、操作調節(jié)和過程控制等方面仍有很大改進潛力。對焙燒過程開展設備、操作和控制的優(yōu)化研究有利于實現(xiàn)焙燒生產的增產、節(jié)能和降耗。 本文在國家自然科學基金的資助下，以年產5萬噸的氣態(tài)懸浮焙燒

2、爐為試驗對象，集成應用FLUENT、人工神經網絡、遺傳優(yōu)化、模糊控制、專家系統(tǒng)等技術，對氧化鋁焙燒過程開展設備、控制和指導的整體優(yōu)化。研究成果主要有： （1）針對焙燒燃燒系統(tǒng)缺少配置依據，開展爐體燃燒優(yōu)化的仿真研究。采用FLUENT對主爐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應的最佳操作條件；最佳下料區(qū)域為Ⅳ部爐體，最佳V08預熱燒咀布置區(qū)域為Ⅱ部爐體；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，為生產操作提供重要參考。 （2）針對焙燒旋風器工況分析的不足，開展氣固分離研究。對預熱旋風器P01采用雷諾應力輸運模型求解氣場，拉格朗日坐標求解顆粒運動軌跡。計算不同的工況風速、溫度、漏風率和物理結構下旋風器分離效率，探討了P01環(huán)流式旋風器和收塵鎖氣設備改造方案，為操作提供優(yōu)化參考。 （3）針對現(xiàn)有描述焙燒過程模型的缺乏，提出采用神經網絡（ANN）

4、、遺傳算法（GA）、灰色模型（GM）優(yōu)化建模，建立溫度預測、廢氣軟測量評價和產能評估三大過程模型。溫度預測模型由GM（1，1）與ANN組合優(yōu)化實現(xiàn)，絕對誤差±5℃評價模型，預報命中率達90％以上，可以指導生產調節(jié)。廢氣軟測量模型結構為ANN{3-5-4}，用絕對誤差小于1評價模型，預測準確率達88.6％?；贔LUENT仿真結果對新工況排廢的預測，具二次仿真性。產能評估模型結構為ANN{3-9-1}，用相對誤差小于1％評價模型，預報準確

5、率達96％。產能ANN模型比回歸模型更能揭示系統(tǒng)關系。 （4）針對焙燒過程常規(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)。設計了一種Complex-PID控制器和空燃比專家調節(jié)器，并提出了一種焙燒過程分段調節(jié)控制策略。其中，控制器由FNN單元、PID單元和閾值調節(jié)單元組成，采用模糊方法、神經網絡和遺傳算法對PID進行調整，保證具有最優(yōu)或次優(yōu)控制參數。調節(jié)器綜合數值模擬、視頻監(jiān)控和煙氣氧量等反饋信息尋優(yōu)調節(jié)。

6、分段調節(jié)控制策略實現(xiàn)了不同工況下溫度的優(yōu)化控制，精度達±5℃，穩(wěn)定了爐況。 （5）針對焙燒生產和管理工作的不完善，提出并架構了焙燒過程ANNES指導系統(tǒng)。采用產生式規(guī)則表示過程顯式知識，ANN模型表示隱式知識，兩類知識由隸屬函數實現(xiàn)轉化。建立風機故障、燃燒調節(jié)和狀態(tài)分析知識庫，實現(xiàn)了燃燒和過程的分析和監(jiān)測；建立GA-ANNES優(yōu)化模型庫，實現(xiàn)了過程能耗分析，解決了高產低耗參數優(yōu)化問題；建立旋風器操作指導知識庫，實現(xiàn)了旋風分離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、自定協(xié)議和DeviceNet總線方式實現(xiàn)。PLC系統(tǒng)實現(xiàn)基礎控制，優(yōu)化系統(tǒng)集成神經網絡、遺傳算法、專家系統(tǒng)實現(xiàn)過程的優(yōu)化和控制。 本文開發(fā)的集成優(yōu)化系統(tǒng)在年產能5萬噸氣態(tài)懸浮焙燒爐工業(yè)試驗中取得很好的優(yōu)化效果：熱耗降低了14.3％，達到了3.09MJ/kg；主爐溫度降低了8.8％，控