隧道窑控制系统的设计及温度模型的研究

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1、东北大学硕士学位论文隧道窑控制系统的设计及温度模型的研究摘要隧道窑的控制水平是制约耐火材料质量提高的一个重要因素。现代窑车式隧道窑是耐火材料制品生产的重要设备，其自动控制策略是过程控制领域内的一个研究课题。如何设计一个能够满足工艺要求的隧道窑自动控制系统来提高制品的质量和成品率、减少环境污染，成为该研究课题要致力解决的问题。首先根据隧道窑工艺特点和工艺要求，在进行详细的需求分析的基础上，设计了一个集回路控制、过程监控和生产管理于一体的隧道窑计算机控制系统。控制系统采用三级控制结构，包括基础控制级、过程龄控级和生产管理级。基础控制级由s7．300控制单元和2408单回路控制器组成，实现温度、压力

2、和流量等参数的采集和控制。过程监控级采用西门子公司的wNcC5．0为开发平台，实现了流程图监视、参数实时和历史趋势监视、控制参数修改和实时报警等功能。生产管理级采用vB6．O编程实现了用户管理、台车基本信息管理、历史数据记录查询、报表打印等功能。监控系统和管理信息系统都具有简便易行的操作环境和良好的用户界面。为了研究更为先进的隧道窑自动控制策略，首先必须研究并建立隧道窑烧成带温度的数学模型。在测得隧道窑大量实时数据的情况下，利用集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能为一体的偏最小二乘法初步建立了烧成带温度的数学模型，并将得出的结果与现场的实际数据进行比较，分析了试验数据和现场数

3、据的偏差及产生原因。研究和分析结果表明初步建立的烧成带温度数学模型具有一定的实用价值。关键词：隧道窑，计算机控制系统，偏最小二乘回归，温度模型11东北大学硕士学位论文第一章绪论目前，国内隧道窑的控制还大多停留在常规仪表控制的水平上，并且实现自动控制的并不多，控制水平相对较低，基本仅有显示功能，其控制方式还是凭人的经验，基本靠人工调节；只有日本、法国等国家的隧道窑实现了真正意义上的计算机自动化控制，而且少数由国外高价引进的全套控制系统，也由于缺乏必要的维护措施，运行效果并不理想。1．2隧道窑工艺特点隧道窑是目前耐火材料工业生产中比较先进的窑炉，为便于研究，将隧道窑分为窑体结构(主要包括窑墙、窑顶

4、和刚架结构)、预热带结构(主要包括排烟系统)、烧成带结构(主要包括燃烧系统)、冷却带结构(主要包括冷却系统)及其它结构(包括窑车结构及车下冷却结构等)。如图1．1为隧道窑的工作结构图【21。出窑图1．1隧道窑的结构Fi91．1Thestmctureoftullllelkiln窑体由窑墙、窑顶和窑车衬砖围成了码烧砖坯的空问，也就是隧道。在这里燃料进行燃烧将热传给砖坯，使其焙烧成产品。所以隧道窑主要是传热和砖坯进行物化反应的场地。燃烧设备包括燃烧室(又称火箱)和烧嘴，在这里燃料燃烧，燃烧产物进入隧道，将热送给制品。通风设备包括排烟系统，气幕和气体的循环装置以及冷却系统。它们是由排烟机、烟囱、鼓风机

5、及各种烟道、管道组成。其作用是使窑内气体按一定的方向流动，排除烟气，供给空气，抽出热空气等，并维持窑内一定的温度、气氛和压力制度[3】。它具有以下几方面的优点：东北大学硕士学位论文第一章绪论(1)操作环境良好，装卸窑车均在窑外，常温下进行。(2)使用寿命较长。建一座质量较好的隧道窑可以使用十年或者十年以上，而倒焰窑每年需要大修一次。(3)热效率高。由于利用燃料燃烧的热量预热砖坯和空气以及具有固定的段带，因此不需消耗用于砌砖加热和蓄热的热量，从而使燃料单位消耗低。1．2．1隧道窑的具体结构隧道窑是由耐火砖和其他材料砌筑而成的一条长的封闭隧道(见图1．1)。隧道内铺设供窑车行驶的钢轨，窑车底部两端

6、以凹凸形式相互衔接，构成隧道窑窑室平面。为了使窑密封，在窑墙下部设置有砂封槽，窑车衬板插入砂封槽内的砂子中，以达到密封的目的。隧道窑属于逆流操作的热工设备，即载有砖坯的窑车，在隧道内与沿着与气流依相反方向作连续或间歇移动，并沿窑车前进方向依次完成预热、烧成和冷却过程。(1)隧道窑预热带的结构窑车刚开始进入隧道窑的前面部分：预热带在内窑墙上设有废气孔，窑墙内中空，置有排废气管道。废气孔的数量根据排出的废气量来设定，保证预热带第一号车位至第三号车位废气温度不能超出规定的温度，其数量为10对，从窑头的1～10号车位，每个车位布置一对。(2)隧道窑烧成带结构隧道窑中间制品被烧成的区域，烧成带烧嘴的数量

7、多少主要根据烧成制品的种类以及制品在烧成带需要的高温时间的多少来决定，隧道窑中共有10对烧嘴。同时，把烧成带划分为5个区间，依次为：19、20号车为第～个区间；21、22号车位为第二个区间：23、24号车位为第三个区间；25、26号车位为第四个区间；27、28号车位为第五个区间。(3)隧道冷却带结构隧道窑末端冷却的部分，从冷却带鼓入冷空气(生产上叫集中风)的量比燃料燃烧所需要的量要大若干倍，这些冷