Введение к работе
Актуальность. В странах СНГ более 80 % цементного клинкера получают во вращающихся обжиговых печах Доля клинкера в стоимости портландцемента достигает 70 - 80 % Поэтому исследования по интенсификации и оптимизации производства клинкера были и остаются актуальными Центральной проблемой является интенсификация и оптимизация процессов обжига клинкера в цементных печах. Процесс охлаждения клинкера неразрывно связан с обжигом клинкера Охлаждение клинкера в холодильнике - важный процесс в теплотехническом и технологическом отношениях Охлаждение клинкера в холодильнике преследует две основные цели максимальное снижение температуры клинкера и максимальный возврат (рекуперацию) теплоты в печь
Совершенствование конструкции холодильника в основном должно быть направлено на обеспечение рационального аэродинамического режима, что одновременно приводит к улучшению теплотехнических параметров его работы Для решения задач оптимизации теплообмена в холодильниках необходима математическая модель процессов теплообмена, достаточно полно отражающая эти процессы, и программа расчета теплообмена, позволяющая анализировать различные мероприятия по оптимизации теплообмена Использование систем управления колосниковым холодильником может обеспечить его работу в оптимальном режиме со стабильной подачей в печь потребного количества вторичного воздуха с максимально возможной температурой и охлаждением клинкера до минимально возможной температуры
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является оптимизация теплообмена в колосниковом холодильнике цементной печи за счет модификации холодильника и схемы его работы, обеспечивающих рациональный аэродинамический режим и связанное с этим улучшение теплообмена, и за счет использования при управлении теплообменом в холодильнике адаптивной советующей системы с подстраиваемой моделью, обеспечивающей улучшение теплообмена и выбор рациональных режимов работы холодильника
Поставленная цель достигается благодаря решению следующих основных задач
- разработка математической модели фильтрации и теплообмена в холодильнике, алгоритма идентификации модели и программы расчета теплообмена и идентификации параметров модели по неполной информации о реальных процессах в холодильнике, получаемой из промышленного эксперимента,
разработка приближенной математической модели с осреднением температуры взаимосвязанных процессов фильтрации, аэродинамики и теплообмена и программы расчета этих процессов в холодильнике для анализа возможностей оптимизации теплообмена,
оптимизация теплообмена в холодильнике за счет модификации холодильника и схемы его работы, обеспечивающей рациональный аэродинамический режим и связанное с этим улучшение теплообмена,
разработка адаптивной советующей системы с детерминированной подстраиваемой моделью процессов (с программой расчета теплообмена и идентификации модели и программой прогноза теплообмена) по управлению теплообменом в холодильнике
Научную новизну работы составляют
математическая модель фильтрации и теплообмена в холодильнике, алгоритм идентификации модели и программа расчета теплообмена и идентификации модели по неполной информации о реальных процессах в холодильнике и приближенная математическая модель с осреднением температуры взаимосвязанных процессов фильтрации, аэродинамики и теплообмена и программа расчета этих процессов в холодильнике (программа прогноза теплообмена), которые достаточно адекватно отражают реальные процессы в холодильниках, позволяют анализировать эти процессы и исследовать возможности оптимизации теплообмена в холодильниках,
выявленная возможность оптимизации теплообмена в холодильнике за счет снижения гидравлических потерь и связанная с этим предложенная модификация холодильника и схемы его работы, дающая улучшение теплообмена,
предлагаемая адаптивная советующая система с детерминированной подстраиваемой моделью процессов (с программой расчета теплообмена и идентификации и программой прогноза теплообмена) по управлению теплообменом в холодильнике
Практическая значимость работы заключается
в разработанной инженерной методике исследования оптимизации теплообмена в холодильнике за счет рационализации аэродинамики холодильника,
в предлагаемой адаптивной советующей системе с подстраиваемой моделью по управлению теплообменом в холодильнике, позволяющей улучшить теплообмен и снизить температуру клинкера на выходе из холодильника
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований в части оптимизации теплообмена в колосниковом холодильнике за счет
рационализации аэродинамики внедрены в ОАО «Осколцемент», в результате модификации холодильника и схемы его работы температура клинкера на выходе из холодильника снижена на 20 - 25 С. На защиту выносятся:
-
математическая модель фильтрации и теплообмена, алгоритм идентификации модели и программа расчета теплообмена и идентификации модели колосникового холодильника,
-
приближенная модель взаимосвязанных процессов фильтрации, аэродинамики и теплообмена с осреднением температуры и программа расчета этих процессов (программа прогноза теплообмена в холодильнике),
-
модификация холодильника и схемы его работы, обеспечивающая оптимизацию теплообмена и снижение температуры клинкера на выходе из холодильника,
-
адаптивная беспоисковая советующая система по управлению теплообменом с детерминированной подстраиваемой моделью процессов (с программой расчета теплообмена и идентификацией модели холодильника и программой прогноза теплообмена в холодильнике).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г Белгород, 2003 г), на интернет-конкурсе simulrnk-разработок (www matlab.Exponenta го, 2004 г, www matlab book3/5 php), на Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г Белгород, 2005 г ), на Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» -ММТТ-19 (г Воронеж, 2006 г), на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (г Белгород, 2007 г).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах (в том числе 5 работ без соавторов) 2 статьи опубликованы в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 6 докладов - в трудах конгресса и конференций, одна работа опубликована в электронном ресурсе интернет-конкурса simuhnk-разработок журнала Exponenta ru.
Методы исследования. В работе при решении задач были использованы методы аэрогидродинамики, теории тепломассообмена, математической физики, теории систем и системного анализа, теории управления и методы математического моделирования Численное
моделирование выполнено на ПЭВМ с использованием пакетов "Mathcad", "MatLab" и специализированного программного обеспечения, разработанного в среде Borland Delphi.
