氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒過程控制系統(tǒng)
李健，遲瑛
（東北大學(xué)流程工業(yè)綜合自動化重點實驗室，遼寧沈陽110004
摘 要：針對氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒過程工藝復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，設(shè)備眾多，各設(shè)備之間聯(lián)鎖程度要求高，同時主爐溫度受眾多因素影響，難以用常規(guī)pid實現(xiàn)閉環(huán)控制。以中國鋁業(yè)河南分公司新建氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程計算機控制系統(tǒng)工程項目為背莆，結(jié)合焙燒過程的特點和控制要求，提出了包括過程控制層與過程監(jiān)控層的氧化鋁生產(chǎn)焙燒過程計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進行了系統(tǒng)的功能設(shè)計與硬件設(shè)計，開展了氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程控制策略的研究以及控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，提出了將下料量作為前饋引入主爐溫度控制，并成功應(yīng)用于現(xiàn)場，取得了顯著的應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用表明其具有廣闊的推廣應(yīng)用的前景。
關(guān)鍵詞：氧化鋁；氣態(tài)懸浮焙燒爐；前饋控制；控制系統(tǒng)
中圖分類號：tp 273 文獻標識碼：a
1引言
焙燒過程是氧化鋁生產(chǎn)的最后一道工序，該生產(chǎn)過程的主要任務(wù)是將帶有附著水和結(jié)晶水的氫氧化鋁物質(zhì)在焙燒爐中高溫煅燒，脫除附著水和結(jié)晶水，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁。焙燒生產(chǎn)過程是決定氧化鋁的產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗的重要環(huán)節(jié)，其能耗占氧化鋁生產(chǎn)能耗的百分之10左右．
氫氧化鋁焙燒工藝經(jīng)歷了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯工藝、改進回轉(zhuǎn)窯工藝和流態(tài)化焙燒工藝3個發(fā)展階段。目前所采用的工藝主要是后兩種，傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯工藝已經(jīng)淘汰。
國外主要采用流態(tài)化焙燒工藝，而我國主要是回轉(zhuǎn)窯工藝，但流態(tài)化工藝在近二十年來逐漸被引進和改造。
目前，國外在回轉(zhuǎn)窯工藝中，氧化鋁焙燒過程自動化已達到較高的水平，技術(shù)相當(dāng)成熟，但在流態(tài)化工藝中，****控制算法運用較少，主要還是采用pid控制。國內(nèi)氧化鋁廠焙燒過程的技術(shù)裝備水平較低，生產(chǎn)設(shè)備條件和生產(chǎn)邊界條件的波動較大，其控制研究在流態(tài)化工藝中還屬于初探階段，自動化程度不高。
2氧化鋁焙燒過程簡介
氣體愚浮焙燒爐系統(tǒng)主要包括氫氧化鋁喂料、文丘里閃速干燥器、多級旋風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)、氣體懸浮焙燒爐、多級旋風(fēng)冷卻器、二次流化床冷卻器、除塵和返灰等部分。
工藝流程圖，如圖1所示。
具體工藝過程及設(shè)備如下：
1)氫氧化鋁喂料(主體設(shè)備：螺旋a01、皮帶foi過濾機出來的氫氧化鋁，通過皮帶運送到倉l01，再經(jīng)過皮帶秤秤量后由皮帶(f01)送到螺旋( a01)，螺旋再把物料送人文丘里閃速干燥器( a02)。
2)干燥（主體設(shè)備：文丘里閃速干燥器a02）
通過螺旋a01的物料約含百分之8～l2的附著水，溫度為50℃，進入文丘里閃速干燥器后與大約300~ 400℃的煙氣相混合，物料在此被加熱，附著水蒸發(fā)，物料被送入p01。
為了在氫氧化鋁附著水含量波動的情況下保證達到預(yù)期的干燥效果，閃速干燥器的底部安裝一個燃燒器tll，以使a02出日溫度在130℃以上，燃燒器tll燃料為煤氣，流量o～2 240 m3/h。
3)預(yù)熱（主體設(shè)備：旋風(fēng)預(yù)熱器p01，p02）從閃速干燥器出來的物料和氣體在旋風(fēng)預(yù)熱器p01中分離，氣體去電收塵，固體物料落人旋風(fēng)預(yù)熱器底部。從旋風(fēng)預(yù)熱器p01出來的物料與熱分離器旋風(fēng)筒p03的熱氣流相遇并被帶人旋風(fēng)預(yù)熱器p02中，熱氣流溫度在1100℃~1 100℃左右，物料從130℃左右被加熱到320~ 360℃，這時氫氧化鋁被脫去部分結(jié)晶水。物料和氣流在p02中分離，氣流去文丘里閃速干燥器a02，物料進入焙燒爐p04中．
焙燒及分離（主體設(shè)備：焙燒爐p04、熱分離旋風(fēng)筒p03） 氣體懸浮焙燒爐和熱分離旋風(fēng)筒構(gòu)成了“反應(yīng)一分離”系統(tǒng)。燃燒空氣在冷卻系統(tǒng)已被加熱到600~ 800℃，它從焙燒爐底部的中心管進入焙燒爐。從旋風(fēng)筒p02出來的氫氧化鋁沿著錐底的切線方向進入反應(yīng)器，以便使物料、燃料與燃燒空氣充分混合。
焙燒爐底部有2個燃燒器v08，v19，其中，v08起點火作用，v19有l(wèi)2個燒嘴，它是主要熱源。v08以煤氣作為燃料，流量為0~2 240m |
