Моделирование уровня щелочного возгона при замкнутом цикле пылеоборота в печах спекания

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ФГБОУ ВО

Красноярский ГАУ, Ачинский филиал

Кафедра агроинженерии

Моделирование уровня щелочного возгона при замкнутом цикле пылеоборота в печах спекания

Пиляева О.В., к.т.н., доцент

Россия, г. Ачинск

Аннотация

Выполнен аналитический мониторинг функционирования печей спекания глинозёмного производства на основе физико-химических свойств пыли газоочистных сооружений глиноземного производства с целью совершенствования системы замкнутого пылеоборота в печах спекания. Разработана система моделей прогнозирования режимных и технологических параметров эксплуатации электрофильтров, весовой доли фракции частиц пыли, уровня щелочного возгона в процессе диссоциации сульфатов щелочных металлов в условиях замкнутого пылеоборота в печах спекания. Выявленные производственные закономерности использованы для совершенствования технологии замкнутого пылеоборота на печах спекания.

Ключевые слова. Глинозёмное производство; модель прогнозирования; корреляционная связь и коэффициент корреляции; уровень и коэффициент детерминации; электрофильтры; печи спекания; спек сырой шихты; замкнутый пылеоборот; система пылеулавливания; фракции частиц пыли; щелочной возгон; сульфаты щелочных металлов; производственные закономерности; совершенствование технологии.

Annotation

Modeling the level of alkaline ignition with a closed cycle of dust circulation in sintering furnaces

Pilyaeva O.V., Ph.D., associate professor of the department of Agroengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University Russia, the city of Achinsk

Analytical monitoring of the functioning of alumina sintering furnaces based on the physico-chemical properties of the dust of alumina gas treatment plants was carried out in order to improve the closed dust circulation system in sintering furnaces. A system of models for predicting the operating and technological parameters of electric filters, the weight fraction of the fraction of dust particles, the level of alkaline ignition in the process of dissociation of alkali metal sulfates under closed dust circulation in sintering furnaces has been developed. The revealed production patterns were used to improve the technology of closed dust circulation in sintering furnaces.

Key words. Alumina production; forecasting model; correlation relationship and correlation coefficient; level and coefficient of determination; electrofilters; sintering furnaces; crude charge sintering; closed dust circulation; dust collection system; dust particle fractions; alkaline ignition; specific fuel consumption; production laws; technology improvement.

Эффективность управляющих решений в сфере экологической безопасности глинозёмного производства и, его воздействий на компоненты окружающей среды [1] связана с проектированием и внедрение, в некоторой степени, замкнутых технологических циклов спека сырой шихты.

Степень электрической очистки зависит от продолжительности нахождения порции газов в активной зоне аппарата, а также от скорости газового потока. В производственных условиях печные газы проходят последовательную очистку в пылевой камере и электрофильтрах. Технологическая пыль, собираемая после очистки, возвращается в процесс спекания при помощи шнеков и пневмокамерных насосов. В пылевых камерах осаждается до 15% частиц пыли диаметром более 50 мм. Более мелкие частицы пыли улавливаются электрофильтрами ПГД 4*50 - до 30% пыли от общего её объёма, выносимого из печи. Поскольку пыль, извлекаемая из исходной шихты, обладает повышенным содержанием щелочей, как летучих компонентов шихты, то основными устройствами газоочистки в глинозёмном производстве стали дорогостоящие электрофильтры (рис. 1).

Рисунок 1 - Система пылеулавливания при производстве спека во вращающейся печи цеха спекания глинозёмного производства

Таким образом, проявилась необходимость скорректировать управление производственными процессами спека сырой шихты так, чтобы учесть новые данные и закономерности пылеооборота, а также использовать результаты поиска оптимальных режимов эксплуатации очистного оборудования для минимизации затрат на замену электрофильтров.

Цель исследований. Раскрыть закономерности технологического механизма щелочного возгона при замкнутом пылеобороте в печах спекания.

Задачи исследований. Дать анализ показателей щелочного возгона в условиях технологического механизма, обеспечивающего непрерывный пылеоборот в печах спекания. Разработать систему моделей для проведения теоретических исследований по прогнозированию щелочного возгона в печах спекания.

Объект исследования. Структурные элементы кластеров принципиально новых технологий, формирующие инновационную среду.

Предмет исследования. Функции состояния структурных элементов и закономерности развития в сфере принципиально новых технологий.

Методы исследования. Корреляционный анализ, регрессионный анализ, аппарат и пакеты компьютерного моделирования. Статистические тесты (статистические критерии) Стьюдента (t) и Пирсона (/²) для проверки значимости коэффициентов и оценки адекватности регрессии с применением табличного процессора MS Excel, пакета регрессионного анализа DataFit и др. математического обеспечения компьютера [2, 3].

Использован монографический метод исследования вопросов экологическая безопасности, технических решений по защите природной среды, анализу существующей нормативно-правовой базы глинозёмного производства [4-10].

Работа над материалом статьи выполнена при научно-методической поддержке Ачинского математического общества, г. Ачинск.

План исследований включал разработку трёх моделей прогнозирования режимных и технологических параметров эксплуатации электрофильтров в условиях замкнутого пылеоборота в печах спекания. Предложены модели прогнозирования весовой доли фракции частиц пыли, прогнозирования уровня щелочного возгона в процессе диссоциации сульфатов щелочных металлов.

Предлагаемая модель прогнозирования весовой доли фракции частиц пыли от электрофильтров при замкнутом пылеобороте в печах спекания составлена из трёх расчётных схем, отвечающим процессам электрофильтрами, связанным с техническими условиями трёх полей печи спекания №9.

1. Схема определения весовой доли частиц (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи спекания №9 (поле №1) на уровне детерминации 96,46% представляется следующей регрессионной функцией (рис. 2):

у = b + bx + b>x ln,

где b = -3.428904328, b = 10.26590004, b = -2.091499447 - коэффициенты регрессии, найденные методом наименьших квадратов с использованием компьютерного пакета DataFit.

Рисунок 2- Опытные данные и теоретически рассчитанная весовая доля частиц во фракции (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи № 9 (поле №1)

2. Схема определения весовой доли частиц (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи спекания №9 (поле №2) на уровне детерминации 96,21% представляется следующей регрессионной функцией (рис. 3):

у = b + b\ + b>x ln x,

где b =-10.75709963, b = 12.20407985, b =-2,552095773 - коэффициенты регрессии, найденные методом наименьших квадратов.

Рисунок 3- Опытные данные и теоретически рассчитанная весовая доля частиц во фракции (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи №9 (поле №2)

глиноземный газоочистной электрофильтр щелочной возгон

3. Схема определения весовой доли частиц (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи спекания №9 (поле №5) на уровне детерминации 95,12% представляется следующей регрессионной функцией (рис. 4):

у = b + bx + b>x ln x,

где b = -4.089534545, b = 14.33117097, b = -3.134174966; коэффициенты регрессии, найденные методом наименьших квадратов.

Рисунок 4 - Опытные данные и теоретически рассчитанная весовая доля частиц во фракции (у, %) в зависимости от диаметра частиц (х, мкм) пыли электрофильтров печи №9 (поле №5)

В результате выполненного анализа процесса щелочного возгона, отобраны и систематизированы показатели, влияющие на его уровень в процессе диссоциации различных сульфатов. Для каждого отобранного показателя рассчитаны числовые характеристики: среднее значение /л (математическое ожидание), стандартное (среднеквадратическое) отклонение а, а также вариации v (табл. 1). Величина коэффициента вариации уровня щелочного возгона для четырёх сульфатов оказалась больше 100%, что свидетельствует о неустойчивости процесса.

Таблица 1

Статистическая оценка показателей щелочного возгона в процессе диссоциации сульфатов щелочных металлов (числовые характеристики)

Теснота (корреляционной) связи каждой пары показателей оценена соответствующими коэффициентами корреляции (табл. 2).

В целом по корреляционной матрице обнаруживается, что коэффициенты корреляции уровней щелочного возгона с температурой существенно больше, чем с выдержкой, то есть влияние температуры на уровень щелочного возгона имеет для практики большее значение чем влияние выдержки.

Высокие по абсолютной величине, но не близкие к единице значения парных коэффициентов корреляции четырёх результатных показателей с факторным показателем температуры дают основание предположить о наличии существенно нелинейной их зависимости от температуры.

Таблица 2

Парные корреляции показателей щелочного возгона в процессе диссоциации сульфатов щелочных металлов (корреляционная матрица)

Отметим, что выводы по этапу систематизации показателей и корреляционного анализа не противоречат результатам, изложенным в работах Алиева Г.М. [5], Левашова С.П. [6], Минциса М.Я. [7], Штокмана Е.А. [8], Чекалова Л.В. [10] и др. авторов.

Заключение

В процессе исследований выяснилось, что закономерности целевых показателей могут быть отнесены к одной из трёх групп, определяемых видом регрессоров так, что любые два процесса отнесённые к одной группе являются подобными:

Выявленные закономерности технологического процесса имеют уровень детерминации выше 95%, коэффициенты всех регрессий является значимыми, а представляющие уравнения адекватными и поэтому полученные модельные представления могут использоваться в задачах управления в качестве предикторов- корректоров режимных параметров производства.

Выводы

1. На основе анализа группы показателей технологического механизма, обеспечивающего непрерывный цикл пылеоборота в печах спекания глинозёмного производства, сформирована подгруппа целевых показателей непосредственно влияющих стоимость производственного цикла, а также на концентрацию выбросов во внешнюю среду: весовая доля частиц пыли выделяемой шихтой при спеке; уровень щелочного возгона при диссоциации сульфатов Na2SO4, K2SO4, KsNa(SO4)2, CS2SO4.

2. На основе систематизации опытных данных по использованию пылевых камер и электрофильтров в цехе спекания разработана система аналитических моделей для проведения теоретических исследований по прогнозированию щелочного возгона в печах спекания.

Список литературы

1. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае в 2020 году [Электронный ресурс].

2. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика для инженеров и научных работников / А.И. Кобзарь. - М.: Физматлит, 2012. - 816 с.

3. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. - Новосибирск, 2004. - 162 с.

4. Акинин Н.И. Экологическая безопасность. Принципы, технические решения, нормативно-правовая база / Н.И. Акинин. - Долгопрудный: изд. Интеллект, 2019. - 289 с.

5. Алиев, Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: справочник / Г.М. Алиев. - М.: Металлургия, 1986. - 544 c.

6. Левашов, С.П. Системы защиты воздушной среды: учеб. пособие / С.П. Левашов. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2003. - 122 с.

7. Минцис, М.Я. Производство глинозема: учеб.-произв. издание / М.Я. Минцис, И.В. Николаев, Г.А. Сиразутдинов. - Новосибирск: Наука, 2012. - 250 с.

8. Очистка воздуха: [Электронный ресурс]: учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 653500 «Строительство» / Е.А. Штокман. - Москва: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2007. - 311 с.

9. Фомин, Г.С. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам: справочник / Г.С. Фомин, А.Г. Фомин. - М.: «Протектор», 2001. - 304 с.

10. Чекалов, Л.В. Экотехника. Аппаратура процессов очистки промышленных газов и жидкостей / Л.В. Чекалов. - Ярославль. - Изд. ЯГТУ, 2013. - 180 с.

Размещено на allbest.ru