新型干法水泥生产过程旋风预热系统的动态建模及仿真

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旋风预热技术是水泥工业发展史上一项重大的突破,是新型干法水泥的核心技术,它从根本上改变了物料预热过程的热交换方式,由窑内堆积态转移到旋风预热器中的悬浮态。由于物料悬浮在热气流中,与气流的接触面积大幅度增加,因此传热速度极快,传热效率很高。旋风预热技术大幅度地提高了水泥行业的生产效率。 模型是仿真系统开发、系统运行状态故障诊断及优化控制的基础。建立旋风预热系统的动态模型,对旋风预热系统仿真培训系统开发、生产状态监测以及优化控制实施具有重要意义。然而,旋风预热系统是一个多因素、强耦合、大时滞的系统,其动态模型难以建立,国内外学者大部分采用基于物理原理或运用神经网络等方法建模,均存在一定的缺陷。本文在总结国内外相关研究成果的基础上,将基于RBF—ARX模型的建模方法应用于新型干法水泥生产过程旋风预热系统,建立了其动态模型,并进行了仿真校验;在此基础上,开发了相应的仿真培训系统。 本文在深入分析新型干法水泥生产过程旋风预热系统工艺流程的基础上,应用ART-2(自适应谐振理论)神经网络结合历史数据进行工况识别,建立了旋风预热系统典型工况状态库,为模型验证及仿真培训系统开发奠定了基础。 综合分析、比较了多种建模方法,选取具有快速收敛和动态特性良好的RBF—ARX模型对旋风预热系统进行建模研究。通过对旋风预热系统的机理分析,选取一级旋风筒出口温度和生料下料量作为主要参数;在确定RBF—ARX模型结构的基础上,利用二位制伪随机信号作为输入并结合现场试验数据,采用SNOPM(结构化非线性参数优化方法)快速准确地估计出了模型的全部参数;通过重新设计的二位制伪随机信号对模型进行了仿真校验,结果证明该模型具有良好的动态特性。在成功建立了温度模型后,又用同样的方法建立了一级筒出口压力和生料下料量之间的动态模型。现场实际运行表明,模型输出较好地再现了实际生产过程的工况状态,验证了所建旋风预热系统动态模型的有效性。 利用旋风预热系统动态模型及典型工况状态库,结合当前主流的ADO(ActiveData objeet,活动数据对象)和OPC(OLE for Process Control)技术,开发了新型干法水泥生产过程旋风预热系统的仿真培训系统,并进行了实际应用,取得良好效果。
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