Введение к работе
Актуальность работы. По уровню выбросов вредных веществ в атмосферу цветная металлургия превосходит все сырьевые отрасли промышленности, создавая высокую экологическую проблему в районах действия металлургических предприятий.
Норильск занимает восьмую позицию рейтинга среди десяти самых загрязняемых городов мира. Содержание загрязняющих веществ в атмосфере Норильска редко бывает ниже 4 - 5 ПДК (предельно допустимая концентрация), доходя до 25,8 ПДК (диоксид азота), 35,6 ПДК (диоксид серы) и даже 120 ПДК (формальдегид).
Одним из источников загрязнения атмосферы в металлургии являются выбросы неочищенных технологических газов плавильных электропечей. Постоянный рост производства цветных металлов привел к увеличению объема выброса технологических газов четырех плавильных электропечей Надеждинского металлургического завода до уровня 1600 млн. м в год. При этом более 5 % этого объема выбрасывается в атмосферу без какой-либо очистки в результате аварийного отключения газоочистительного оборудования.
Результаты исследований, проведенных в области эксплуатации систем управления процессом очистки технологического газа, свидетельствуют об актуальности совершенствования методов и средств предотвращения аварийных отключений технологического оборудования.
Проблемам совершенствования систем газоочистки посвящены работы Л.В. Чекалова, С.П. Жебровского, М.Н. Швеца, А.Ю. Пирогова, А.З. Рыжавского, Т.П. Братова, из зарубежных ученых можно выделить В. Страуса, Н.Селла, Ф. Керри, К. Озмера, которые занимались выявлением основных факторов, влияющих на температуру технологического газа, моделированием процесса охлаждения технологических газов в сруббере-охладителе и способами, позволяющих снизить незапланированные отключения газоочистительного оборудования.
Однако в известных работах не содержится решение проблемы эффективного управления технологическими процессами газоочистки и предотвращения аварийных отключений технологических систем плавильных электропечей.
Таким образом, разработка систем управления процессом охлаждения технологических газов, повышающих эффективность газоочистки, является актуальной научно- технической задачей.
Цель работы - разработка прогнозирующей системы управления (ПСУ) процессом охлаждения технологических газов, обеспечивающей предотвращение аварийных отключений технологического оборудования за счет прогнозирования температуры технологических газов при возникновении возмущений. Задачи исследования:
-
Проведение анализа существующих методов очистки технологических газов и систем автоматического управления газоочистки.
-
Разработка математической модели процесса охлаждения технологического газа.
-
Разработка прогнозирующей системы автоматического управления охлаждением технологического газа в процессе их очистки.
-
Разработка верхнего уровня программного обеспечения для интеграции системы управления охлаждением технологического газа в АСУ ТП предприятия.
-
Проведение теоретических и экспериментальных исследований прогнозирующей системы управления процессом охлаждения технологического газа.
Объект исследования - процесс охлаждения технологического газа плавильной электропечи.
Предмет исследования - управление температурой технологических газов плавильной электропечи.
Положения, выносимые на защиту:
-
-
Математическая модель процесса охлаждения технологического газа плавильных электропечей.
-
Вычислительный алгоритм для адаптации параметров математической модели процесса охлаждения технологического газа плавильных электропечей.
-
Пакет прикладных программ для управления процессом охлаждения технологического газа плавильных электропечей.
Научная новизна:
-
-
-
Получена математическая модель (ММ) процесса охлаждения технологического газа плавильных электропечей, которая учитывает следующие факторы: расход распылительной воды, подаваемой в скруббер, положение аварийной задвижки скруббера-охладителя, температура в печи, положения входных и выходных запирающих клапанов рукавных фильтров, положение направляющей задвижки перед дымососом, расход воздуха на 1- й, 2-й ступени дожига CO. При этом учитывает динамику переходных процессов и нелинейность поведения объекта.
-
Разработаны ММ прогнозирующих регуляторов объекта газоочистки для различных режимов управления на основе ранее полученной ММ объекта управления, использующие следующие управляющие воздействия: расход распылительной воды, подаваемой в скруббер, положение аварийной задвижки скруббера-охладителя и расход воздуха на 1-й ступени дожига CO.
-
Разработан алгоритм постоянной адаптации параметров ММ объекта газоочистки с использованием наблюдающего устройства, который позволяет повысить точность управления объектом газоочистки. При этом адаптируются исключительно те параметры ММ, которые позволяют в первую очередь снизить ошибку прогнозирования, учитывая наличие шумов в сигналах входных факторов ММ объекта управления.
Достоверность полученных результатов, защищенная приоритетом авторских публикаций, подтверждена корректным применением математического аппарата в ходе проведения моделирования процесса охлаждения технологических газов плавильных электропечей и удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных значений научных результатов.
Значение для теории. Разработана ММ процесса охлаждения технологических газов плавильных электропечей.
Значение для практики. Разработана и внедрена в практическую эксплуатацию прогнозирующая система управления процессом охлаждения технологических газов плавильных электропечей, позволяющая стабилизировать температуру технологических газов для снижения аварийных отключений газоочистительного оборудования.
Реализация результатов работы. В процессе работы над диссертацией было создано программное обеспечение (ПО № 2011610292, «Прогнозирующая система управления процессом охлаждения технологических газов плавильной электропечи (версия 2.0)»), выполняющее функции прогнозирующей системы управления. Прогнозирующая система управления процессом охлаждения технологических газов плавильной электропечи была внедрена в производство Надеждинского металлургического завода имени Б.И. Колесникова.
Методы исследования. Задачи решались на основе методов современной теории управления, корреляционного, регрессионного анализа и параметрической оптимизации. При разработке программного обеспечения системы управления использовался лицензионный программный продукт Microsoft Visual C++ 6.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на II Региональной научной конференции «Научный потенциал Норильского промышленного района - XXI век» (Норильск, 2009), II Международной научно- практической конференции «Роль науки в устойчивом развитии общества» (Тамбов, 2010), XV Международной научно-практической конференции «Наука и современность - 2012», (Новосибирск, 2012), II Международной научно-практической конференции «Перспективы и темпы научного развития» (Тамбов, 2012), VI Международной научно- практической конференции» Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2012), VIII Всероссийской научно-практической конференции «Стратегия устойчивого развития регионов России» (Новосибирск, 2012), VI Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной науки» (Санкт-Петербург, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них: статей в рецензируемых изданиях по списку ВАК - 3; статей в сборниках научных работ - 8.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 147 страниц текста, 66 рисунка и 7 таблиц. Список литературы содержит 129 наименований.
Похожие диссертации на Прогнозирующая система управления процессом охлаждения технологических газов плавильных электропечей
-
-
-
