автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка систем управления процессом сухого тушения кокса

Условные обозначения

В в е д е н и е

Глава I. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУХОГО 1УШЕНИЯ КОКСА

1.1. Сущность и особенности сухого тушения кокса

1.2. Экспериментально-статистическое исследование УСТК.

1.3. Обзор и анализ существующих систем контроля и управления процессом

1.4. Задачи исследования

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТК КМ ТШуЮДИНАЖЖКСМ СИСТЕМЫ

2.1. Эксергетический анализ УСТК.

2.1.1. Оценка эксергетическои эффективности работы камеры тушения

2.1.2. Оценка эксергетическои эффективности работы котла-утилизатора.

2.1.3. Принятие решений

2.2. Разработка и осуществление мероприятий по увеличению эксергетической эффективности блока УСТК.

2.3. Выбор критерия эффективности функционирования УСТК

§

2.3.1. Построение математической зависимости критерия эффективности от технологических переменных для камеры тушения

2.3.2. Построение математической зависимости критерия эффективности от технологических переменных котла-утилизатора

Глава 3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО АВТОМАТИЧЕСКОМУ КОНТРОЛЮ И РЕГУЛИРОВАНИЮ РАБОТЫ

3 Стр.

АГРЕГАТОВ БЛОКА УСТК

3.1. Построение обобщенного критерия эффективности процесса СТК

3.2. Оценка обобщенного критерия эффективности для различных технологических режимов

3.3. Решение задачи поиска экстремума обобщенного критерия эффективности УСТК и ее анализ

Глава 4. ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОСНОВНЫХ АГРЕГАТОВ

БЛОКА УСТК

4.1. Математическое описание динамических свойств агрегатов по основным управляющим и возмущающим воздействиям .'.

4.2. Моделирование динамических свойств основных агрегатов блока УСТК на АВМ

4.3. Выбор рациональном структуры автоматического управления процессом СТК.

Глава 5. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ . III.

5.1. Автоматическая система контроля величины утара кокса. Ш

5.2. Автоматическая система измерения количеств тепла и эксергии, отобранных в камере тушения циркуляционным газом и поступающих в котел-утилизатор . ИЗ

5.3. Автоматическая система измерения теплотехнических и эксергетических КПД камеры тушения, котла-утилизатора и всей УСТК . И

5.4. Автоматическая система измерения температуры потушенного кокса

5.5. Автоматическая система стабилизации гидравлического режима

5.6. Автоматическая система стабилизации температуры потушенного кокса

5.7. Автоматическая система ре1улирования питания котла.

На ХХУ1 съезде КПСС отмечалось, что решение всех народнохозяйственных задач зависит от развития тяжелой индустрии. и, в первую очередь, ее базовых отраслей - топливно-энергетических /I/. Советский Союз производит сегодня пятую часть мирового производства энергоресурсов. И все же энергия для народного хозяйства страны при нынешних темпах его развития дефицитна. Обеспечение бесперебойной работы всех энергосистем требует, прежде всего, широкого внедрения энергосберегающей техники и технологии /2/.

Эффективное использование вторичных энергоресурсов в тепло-и энергоемких производствах является насущной народнохозяйственной задачей нагого времени. Отмечая высокие темпы развития энергетики в нашей стране, Л.И.Брежнев на ноябрьском 1979 г. Пленуме ЦК КПСС сказал: "Какими .бы темпами мы ни развивали энергетику, сбережение тепла и энергии и впредь будет важнейшей общегосударственной задачей" /3/.

Чтобы полностью и бесперебойно обеспечить нужды страны в топливно-энергетических ресурсах, необходимо постоянно осуществлять мероприятия по экономии и повышению эффективности использования топлива и энергии, то есть делать все возможное для их сбережения, имея в виду, что значительно выгоднее вкладывать средства в мероприятия по экономии этих ресурсов, чем в увеличение их добычи и производства. Вовлечение вторичных энергетических ресурсов в энергетический баланс страны является одним из важнейших факторов надежного обеспечения народного хозяйства теплом и энергией /4/.

Научно-технический прогресс во многих отраслях народного хозяйства на ближайшие десятилетия будет основываться на все более возрастающем потреблении черных металлов. Несмотря на появившуюся во многих странах тенденцию к исключению доменного производства из металлургического цикла и переходу к получению стаж непосредственно из руда» практическое решение этой задачи в значительных масштабах пока далеко от осуществления /5/. Поэтому доменный передел, как первое основное звено в производстве черных металлов, сохранит свое значение на достаточно продолжительное время. Намеченный на ХЕ пятилетку рост производства чузуна приведет к увеличению производства доменного кокса. Его выпуск в 1985 году составит 380 млн.тонн /6/. Учитывая потребность в коксе других отраслей промышленности (цветная металлургия, химическая промышленность, литейное производство и т.д.) надо полагать, что ближайшие десятилетия будут характеризоваться повышенным и устойчивым спросом на кокс.

Производство кокса является одним из самых энергоемких производств металлургического цикла. Доля расхода топлива, тепловой и электрической энергии в коксохимическом производстве составляет 2,5-3,0% от общего расхода в черной металлургии.

Общий расход энергии в коксовом производстве существенно зависит от способа 1ушения кокса. В промышленности применяют два способа тушения - мокрый и сухой. При мокром способе кокс тушат водой. Вся энергия, затраченная на процесс коксования, полностью теряется с охлаждающей водой, при этом происходит сильное загрязнение атмосферы вредными сернистыми и фенольными соединениями.

При сухом способе кокс тушат инертными газами. Этот способ тушения позволяет уменьшить пылегазовые выбросы в атмосферу, использовать в шихте для коксовых печей слабоспекающиеся газовые угли при неизменном качестве получаемого ксжса. По этой причине процесс сухого тушения кокса (СТК) перспективно рассматривают как технологическую ступень, позволяющую улучшить качество кокса. Кроме того, этот способ тушения позволяет утилизировать тепло раскаленного кокса.

Преимущества сухого тушения привели к созданию в Советском Союзе крупнотоннажных установок сухого тушения кокса (УСТК), которыми комплектуют почти все вновь строящиеся коксовые цехи. УСТК позволяют утилизировать до 40% тепла, затраченного на коксование, которое эквивалентно поступлению дополнительного количества энергии в баланс страны. Однако в производстве СТК еще значительные тепловые потери, обусловленные как причинами технологического характера, так и несовершенной системой управления процессом. При возрастающем производстве кокса сухого тушения суммарные тепловые потери на УСТК страны достигают весьма значительной величины. Поэтому исследования и разработки, направленные на уменьшение этих потерь, являются своевременными и актуальными.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка систем управлвния процессом сухого тушения кокса, обеспечивающих максимальную утилизацию тепла на УСТК при заданной производительности по коксу.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать УСТК как термодинамическую систему;

- выбрать критерий эффективности для автоматического управления процессом;

- найти математические зависимости критериев эффективности отдельных агрегатов и всей УСТК от технологических переменных процесса;

- обосновать необходимый объем контролируемых и регулируемых величин;

- исследовать УСТК кап объект управления;

- разработать рациональную структуру автоматического контроля и управления;

- разработать автоматические системы контроля и управления;

- произвести промышленное внедрение разработанных систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ о технических результатах внедрения законченной научно- исследовательской работы по типовому договору № 09750527 " Внедрение оптимальных рассановок регистров в зоне косых ходов камеры тушения УСТК КХП ЧМЗ н.

На камере тушения № 4 УСТК-2 Череповецкого металлургического завода в апреле месяце 1975г. была установлена, предложенная Днепропетровским химико-технологическим институтом, расстановка регистров в зоне косых ходов.

Эта расстановка, как показал производственный опыт, способствовала увеличению температуры циркуляционного газа перед котлом утилизатором.

Значения температур для камер тушения № 3 и № 4, снятые с диаграмм, приведены в табл. № I.

В таблице № 2 приведены значения температур по диаметру камеры тушения № 3 и № 4, которые использованы для определения коэффициентов неровномерноети распределения газового потока по сечению камеры.

Статистическая обработка данных таблицы № I показала, что средняя температура циркуляционного гнза перед котлом-утилизаторов № 4, при одинаковых нагрузках по коксу, выше температуры циркулящ онного газа перед котлом-утилизатором № 3 на 60°С и составляет длs КТ № 3 и № 4 соответственно 699°С и 759°С.

Таким образом,тепловой потенциал потока циркуляционного газа при новой расстановке регистров увеличился на 8 %,

Обработка данных таблицы № 2 дала коэффициенты неравномерности газового потока Е для камер тушения № 3 и № 4.

Средние значения этих коэффициентов соответственно равны 0,532 и 0,514.

Распределение газового потока в камере тушения № 4 более равномерно, чем в камере тушения № 3.

1. В Центральном Когжтете КПСС- Известия, 1980, 26 сентября.

2. Привалов В.Е . , Скляр М.Г. Будущее коксования.- Кокс и хишя, 1978, В 7, с.12-17.

3. Иванов В.А, Перспективы снабжения коксом черной металлургии капитал1'1стР1ческих стран.- Кокс и хтлия, 1975, ie7, с.54-58. 7 . Теплитский М.Г.,Гордон И.З.,Кудрявая Н.А,,Кручинин М.С., Волович Ю.М. Сухое тушение кокса.- М.: Металлургия, I97I-264 с.

4. Антикайн П.А. Металлы и расчет на прочность элементов паровых котлов.- М.; Энергия, 1969.- 447 с. 9 . Ротнер А.В.,Зеленский Б.Г. Эрозия материалов теплоэнергетического оборудования.- М.-Л.: Энергия, 1966.- 271 с.

5. Поспелов Д.А, Логические методы анализа и синтеза схем.- М.: Энергия, 1964, 320 с.

6. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера.- Киев: Тех- н1ка, 1977, 766 с.

7. Щеглов В.Н., Шранкин Г.А. О применении метода распознавания двоичных кодов для изучения влияния СОо на синтез метанола в прогшпшенных условиях.- Хим-гаеская промышленность Украршы, 1970, J\^ I , с.29-30.

8. Е1еглов В.Н. Получение булевой модели сло}.Шого технологического процесса по текущей информации.- Заводская лаборатория, 1972, Т.38, А^ I , с.56-61.

9. Каф^ аров В.В., Дорохов Й.Н. Систеглный анализ процессов хтж- ческой технологии.- М.: Наука, 1976.- 498 с.

10. Кац М.Д.,Резниченко В.Б. О построении логической моделрт действующего технологического процесса по текущей информации.-Зав одекая лаборат ория, 1975, т.41, В 7, с.857-858.

11. Атаманчук Л.И., Кац М.Д.,Лозовская В.В., Тютюник Л.Н. Построение формальной логической модели сухого тушения кокса для целей оптшлизации.- Кокс и хишш, 1980, № I , с.24-25.

12. Коксохим^еское производство. Установка сухого тушения кокса. Автоматическш! контроль и регулирование. Функциональная схема автоматизации блока "калюра-котел".- Проект, черт. В I0I3280.- Харьков: Гипрококс, 1980.- л . 1 .

13. Пат .Великобритания. 1.495221. Соовс/г^ ^d/c mate.i,La^' Опубл. в Б.И. 1й 5, 1978.

14. Пат.Великобритании 1452369. Способ снижения выбросов пыли и дыма из камеры сухого тушения кокса.- Опубл. Изобретения за рубежом, вып.26, 1^ 12, 1977, с .8 .

15. Тютюник Л.Н,Исследование гидравлического режима камер сухого тушения кокса.- Дис. канд.тех .наук,- Днепропетровск: 1968,- с.237.

16. Гончаров В.Ф.,Чучминов В.М.,Егоров В.М,,Росточкин А.Р., Самойлов В,И.,Плешн1'Ш0в И.И.,Иванов П.И.,Кук В.И.- Угар кокса - следствие нарушения ПТЭ.- Кокс и хтиш, 1982, Jf^ 8, с.12-14.

17. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинШ'Жческого анализа.- М.: Энергия, 1973,- с.278. ..

18. Гохштейн Д.П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок.- М.: Энерпш, 1969,- с.285.

19. Вопросы термодинамического анализа (эксергетический метод), под редакщшй K . I . H . В.М.Бродянского.- ГЛ.: Шр, 1969,- с.246.

20. Бродянский В.М., Мартынов А.В, Метод термодинамического анализа потерь в пароэжекторной холодильной установке.- Известия вузов. Энергетика, 1962, i^ 5, с.76-83.

21. Вршторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прршладные расчеты.- М.: Химия, 1977,- с.360. 33 . Крестников А.Н.,Вигдорович В.Н. Хртшческая термодинахлшса.-М.: Металлургия, 1973,- с.256.

22. Андрющенко 1.И. Основы технической термодинагжки реальных процессов.- М.: Высшая школа, 1975,- с.182.

23. Вукалович М.П.,Кириллин В.А.,Реш!зов А. Термодинамические свойства газов. - М.: Гос.научн.-техн. изд. машиностроительной и судостроительной литературы, 1953,- с.380.

24. Кириллин В.А.,Сычов В.В.,Шейдлин А.Е. Техническая термоди- нагжка.- М.: Наука, 1979.- с.512.

25. Сидельковский Л.Н.,Фальков Э.Я. Эксергетические балансы ог- нетехнических процессов.- М.: МЭИ, 1967,- с.107.

26. Давидзон Р.И. Мастер установки сухого тушения кокса.- М.: Металлзгргия, 1980,- с.124.

27. Кулаков Н.К. Некоторые закономерности изменения состава цир- кулирующх газов УСТК.- Кокс и хигжя, I97I , Js 8, с.28-33.

28. Левитан М.М.,Перельман Т.Л. Основы теории и расчета тепловых труб.- ЖТ®, 1974, т.44, вып.8.

29. Касатшш А.Г. Основные процессы и аппараты хи.\Ф1ческок технологии . - М.: Ххашя, I97I, - с .784.

30. Павлов К.Ф.,Романков В.Г.,Носков А.П. Примеры к задачи по курсу прсцессы и аппараты хигжческой технологии.- I . : Гос-хШ'Жздат, 1959,- с.574.

31. Теплотехнический справочник, т.2 / Под общей редакцией В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева.- М.: Энергия, 1976,- с.896.

32. Кутепов А.П., Стерман 1.С.,Ст10шин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании.- М.: Высшая школа, 1977, -с.352.

33. Вентцель Е.С. Исследование операций.- М.: Советское радио, 1972,- 552 с.

35. Бродянский В.M.,Калинина Е.И. Совмещенная диаграгдала эксерге- тических и стоимостных показателей.- Б кн.: Доклады научно-технической конференции МЭИ (подсекция проглышленных тепло-энергетическр1Х п криогенных систем.- М.: МЭИ, 1969,0.94-103).

36. Кошкин Н.Й., Шеркевич М.Г. Справочник по элементарной физик е . - М.: Наука, 1966,- с.246.

37. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод под редакцией докт.техн.наук, проф. А.М.''Турвича и докт.техн. наук В.В.Кузнецова.- М.-Л.: Государственное энергетическое изд. , 1957.- с.232.

38. Успенский А.К. Выбор вида и нахождение паралютров эгшири- ческой форь.улы.- ГЛ.: Московский государственный экономический институт, I960 , - 0.75.

39. Вукалов1и М.П. Таблицы термодина^шческих свойств воды и водяного пара.- М.-Л.: Энерпш, 1965,- с.400.

40. М1ясникав Б.А.,Вальков В.М.,Омельченко И.С. Автоматизированные и атоматические систелш управления технологическшж про-цессагж.- М.: Машиностроение 1978,- с.232.

41. Адлер Ю.П. Введение в планирование экспершлента.- М.: Металлургия, 1969.- с.160.

42. Налшяов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планрхрова- ния экстремальных экспершлентов.- М.: Наука, 1965,- с.340.

43. Бондарь А.Г.,Стат10ха Г.А.,Потяженко А.И. Планирование экспершлента при оптри-мзации процессов химической технологии.-Киев: Головное изд. издательского объед1шения "Вшца школа", 1980,- с.264.

44. Длин A.M. Факторным анализ в производстве.- М.: Статистика, 1975.- 328. 61 . Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений.- М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1968,- с.288.

45. Бояринов А.И.,КаТ)аров В.В. Методы оптишзации в химической технологии.- М.: Хиглия, 1969.- 564 с.

46. Юдин Д.Б., Гольштежн Б.Г. Задачи и методы линейного прогршл- т^шрования,- М.: Советское радио, I 9 6 I , - 214 с.

47. Строганов Р.П. Управляющее машины и их применение.- М.: Высшая школа, 1978, - 264 с.

48. Коршунов Ю.М, Математические основы кибернетики.- М,: 1980, - 423 с.

49. Карманов Б.Г. Математическое програьдажрование.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980, 256 с.

50. Лурье А.Л. Методы линейного программирования и их пршлене- ние в эконогжке. М.: Статистика, 1964,- 84 с.

51. Малков 7,1, Подпрограмма симплекс-метода. Вып.5,( стандартные и типовые nporpaj\irvibi БЭСМ-2 вычрюлительного центра АН СССР). М.; Вычислительный центр АН СССР, 1962.- 54 с.

52. Ата^ланчук Л.И.Дозовская Б.В.,Тют10ник Л.Н. и Гольберг М.Е. Моделирование диншлики объектов блока сухого тушения кокса.-Кокс и хиьшя, 1979, f^ 12, с,17-18.

53. Балакирев Б.С.,Дудников Е.Г.,Цирлин A.M. Экспершлентальное определение динaгvIPIчecкиx характеристик проглышленных объектов управления,- М.: Энергия, 1967, - 232 с.

54. Олейников В.А.,Зотов Н.С,Пришвин А.Л. Основы оптрвтального и экстремального управления.- М.: Высшая школа, 1969.-296 с.

55. Луценко В.А.,Финякин Л.Н. Аналоговые вычислительные машины в химии и хтлической технологии.- М.: Хиглия, 1979,- 244 с.

56. Ахз. 763447 (СССР). Устройство для автоматического контроля технологического решша установки сухого тушения кокса (В.В. Лозовская, Л.Н.Тютюник, Л.И.Ататланчук, В.А.Быстров, А.Н.Ми-насов и К.Г.Лавров),- опубл. в Б.И., 1980, Is 34.

57. А.с. 602533 (СССР). Устройство для автоматического контроля технологического режхша установки сухого тушения кокса (В.В. Лозовская, Л.Н.Тютюник, В.Е.Новиков, В.И.Затыльников и Д.С. Ковальчук),- опубл. в Б.И. 1978, i^ 14.

58. Бродянский P.M. Об эксергетическом температурной шкале.- Известия вузов. Энергетика, 1964, А^ 5, с.65-72.

59. А.с. 865889 (СССР). Способ автоматического регулирования работы установки сухого тушешш кокса (В.В.Лозовская, Л.И. Атаманчук, Л.Н.Тгатюник, А.Н.Шнасов, Н.А.Ершов и К.Г.Лавров)-опубл. в Б.И., I98I, № 35.

60. Справочник химика-энергетика / Под общей редакщюй М.Гур- вича, т.З, И.И.Матвеева. Энергетическое топливо (характеристика и контроль качества).- М.: Энергия, 1972,--215 с.

61. Кузьменко Д.Л. Регулирование и автоматизадия паровых котлов.- М.: Энергия, 1978.- 160 с.