Библиотека расчета технологических параметров печи кипящего слоя и газоходной системы, как часть математической модели для АСУТП обжига сульфидных цинковых концентратов

БИБЛИОТЕКА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ И ГАЗОХОДНОЙ СИСТЕМЫ, КАК ЧАСТЬ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ АСУТП ОБЖИГА СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ.

,

СКГМИ (ГТУ), г. Владикавказ.

Обжиг цинкового концентрата в печи кипящего слоя (КС) является первой стадией в классическом технологическом процессе получения металлического цинка как в России [1], так и за рубежом [2]. Обжиг выполняют для получения цинкового огарка – главного продукта обжига – от качества которого зависит дальнейший ход всего технологического процесса.

Управление обжигом в печи КС без применения средств автоматизации затруднено и приводит к частым нарушениям процесса: недоиспользованию энергетических возможностей печи КС по производительности, неполному обжигу, слабой концентрации SO2 в отходящих газах, образованию настылей, а в более тяжелых случаях – к останову или даже выходу печи из строя.

Полное использование всех возможностей существующего технологического процесса обжига, ведение его в наиболее эффективном режиме, обеспечивающем наибольший эффект как по производительности так и по качеству готовой продукции (при достаточном запасе надежности печи и газоходной системы), возможно лишь при использовании современных средств автоматического контроля и регулирования.

Авторами данной статьи под руководством к. т.н. доц. был разработан проект компьютерной автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) обжига цинкового концентрата в печи кипящего слоя [3]. Математическая модель АСУТП имеет блочную структуру. Каждый блок оформлен в виде отдельного файла динамической библиотеки (dynamic link library - DLL), отвечающей за строго определенную расчетную задачу. Динамические библиотеки разработаны на высокоуровневом языке программирования Microsoft 2005 под платформу Framework 2.0 и могут быть подключены к любому Win32 приложению или SCADA-системе, работающей под Win32 (например, Iconics Genesis32) посредством функций интерфейса программных приложений (Application Programming Interface – API).

При разработке библиотек широко применялась концепция объектно-ориентированного программирования (ООП). Так, все параметры, передаваемые динамическим библиотекам, объединены в экземпляр класса ParamIn, а выходные данные в экземпляр класса ParamOut. Данный механизм использован для упрощения подключения библиотек к существующим программным продуктам, и взаимодействия библиотек между собой.

Рассматриваемая в данной статье библиотека roastsys.dll выполняет расчеты технологических параметров печи КС и газоходной системы.

Библиотека позволяет вычислить следующие параметры печи: параметры дутья (с учетом гранулометрического состава концентрата) и отходящих газов (как на воздушном, так и на обогащенном кислородом дутье); удельную производительность печи; минимальное время пребывания концентрата в печи; площадь пода печи; минимальный объем кипящего слоя; толщину (высоту) кипящего слоя; общую высоту печи (с учетом необходимого объема надслоевого пространства); гидравлическое сопротивление кипящего слоя; параметры воздуходувки; размеры и число дутьевых сопел; тепловой баланс печи.

На основе литературных данных [2, 4, 5], а так же при анализе существующих на отечественных (“Электроцинк”, ЧЦЗ) и зарубежных металлургических предприятиях (казахский завод “Казцинк”, финский завод “Kokkola” , немецкий завод “Ruhr” и др.) газоходных систем, было определено, что наиболее рационально использовать следующую схему газоходной системы: Печь КС → Котел-утилизатор → Циклон → Дымосос 1 → Электрофильтр → Дымосос 2.

Так как по имеющимся данным, при такой схеме степень пылеулавливания составляет 99.9%, было принято решение включить в библиотеку расчет газоходной системы такого типа.

В библиотеке определяются следующие параметры газоходной системы: геометрические параметры борова; конструкционные параметры газоочистных аппаратов (котла-утилизатора, циклона, электрофильтра) и дымососов; запыленность после каждого аппарата газоочистки; тепловые балансы; гидравлические сопротивления; масса уловленной пыли каждым аппаратом (по фракциям); температура в любом месте газохода; потери напора на трение (на любом участке газохода); потери напора на местные сопротивления (на любом участке газохода); потери на геометрический напор (на любом участке газохода).

Некоторые необходимые для работы библиотеки roastsys.dll данные берутся из разработанной ранее динамической библиотеки material.dll, рассчитывающей минералогический состав концентрата, рациональный состав огарка, рациональный состав пыли и состав отходящих газов. В работе [6] описывается программа, послужившая прототипом для динамической библиотеки material.dll.

Для проведения вычислительных экспериментов, при изучении взаимосвязей параметров процесса обжига, не всегда рационально использовать в качестве интерфейса графические средства SCADA-системы.

Для работы с библиотеками без SCADA-системы была специально разработано Win32-приложение, являющееся, по сути, графической оболочкой для доступа к расчетным функциям динамических библиотек. С помощью этого приложения можно удобно вводить, отправлять исходные данные в динамические библиотеки и получать результаты расчетов в графической и табличной формах. Главное окно приложения показано на рис. 1.

Рис. 1. Ввод исходных данных.

В верхней части окна расположен ниспадающий список, в котором необходимо выбрать требуемый блок расчетов (библиотеку). После выбора на экране отобразится список необходимых входных параметров. Заполнив список необходимо нажать на кнопку [Рассчитать] и в меню [Результаты] выбрать интересующие результаты расчета.

Выводы

1.  Разработана динамическая библиотека с помощью которой можно рассчитывать технологические параметры печи КС и газоходной системы.

2.  Библиотека может быть использована как расчетный блок математической модели АСУТП обжига сульфидных цинковых концентратов.

3.  Созданная интерфейсная оболочка позволяет проводить вычислительные эксперименты, при изучении взаимосвязей параметров данного процесса, без подключения динамических библиотек к SCADA-системе.

Список литературы

1.  Тациенко руд и концентратов. – М.: Металлургия, 1985 г., 232 с.: ил.

2.  (Outokumpu Corp.) “Современная переработка цинковых концентратов” // Цветные металлы 2005 №5-6, стр. 83-91.

3.  , Мамонтов АСУТП обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя, снабженной подсистемой компьютерной поддержки принятия решений при возникновении внештатных ситуация. // Материалы “Всероссийской научной конференции-конкурса студентов выпускного курса”, СПб – 2006 г.

4.  и др. Кипящий слой в цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1978 г., 280 с.: ил.

5.  Серебренникова сульфидных материалов в кипящем слое. – М.: Металлургия, 1982 г., 112 с.: ил.

6.  , , Волошин расчета обжига свинцовых и цинковых концентратов. // Материалы III межрегиональной конференции “Студенческая наука – экономике России” т. 1., стр. 62-64., Ставрополь, 2002 г.