Александр Леонидович Рутковский
362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, д. 44
Alexander L. Rutkovsky
362021, North Ossetia-Alania, Vladikavkaz, ul. Nikolaeva, 44
Зуфар Гарифуллинович Салихов
117342, Москва, ул. Профсоюзная, д. 65
Zufar G. Salikhov
117342, Moscow, Profsoyuznaya ul., 65
Мадина Эдуардовна Багаева
362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, д. 44
Madina E. Bagaeva
362021, North Ossetia-Alania, Vladikavkaz, ul. Nikolaeva, 44
Хайдарбек Алексеевич Бутов
362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, д. 44
Khaidarbek A. Butov
362021, North Ossetia-Alania, Vladikavkaz, ul. Nikolaeva, 44
Вопросы моделирования процессов во вращающихся печах барабанного типа в установившихся (статических) режимах изучены достаточно подробно, в то время как в условиях динамики (переходных режимов) они практически не рассмотрены. Для выработки решений по управлению и оптимизации технологических режимов необходимы сведения о динамике процессов. В данной работе исследован процесс кальцинации глинозема, который является завершающей стадией в технологии его получения при всех способах производства. Качественные показатели этого процесса, проводимого во вращающихся печах барабанного типа, оказывают существенное влияние на процесс электролиза алюминия. В работе приведены результаты теоретического построения математических моделей динамики процессов тепло- и массообмена при термообработке исходного гидроксида алюминия. Построено три типа моделей при различных начальных условиях, которые с различной степенью точности описывают основные закономерности процесса. На основании теоретических данных разработана методика экспериментального исследования динамики процесса по основным каналам управления: «загрузка гидрата - температура отходящих газов», «расход природного газа - температура в зоне кальцинации» и «расход природного газа - температура отходящих газов». В результате получены передаточные функции и дифференциальные уравнения процесса по исследуемым каналам. Выполненные исследования показали хорошее соответствие структур теоретических и экспериментальных моделей. Это позволило сформулировать рекомендации по построению АСУТП кальцинации глинозема. Температура в зоне кальцинации воздействует на расход топлива (газа), так как по этому каналу объект обладает меньшим запаздыванием и большим быстродействием; эта температура определяет качество получаемого глинозема. Температуру отходящих газов необходимо поддерживать на требуемом уровне двухконтурной системой, стабилизирующей загрузку гидроксида алюминия и корректирующей температуру газов. Температура в нижней головке печи — интегральный показатель взаимодействия двух потоков: потока горящего газа и встречно движущегося потока материала. Данная температура в установившемся режиме работы печи является контрольным параметром, связанным с качеством получаемого глинозема. При управлении расходом газа необходимо также поддерживать оптимальное соотношение расходов топливо - воздух, обеспечивающее полное сжигание топлива с максимальной эффективностью.
The issues of modeling processes occurred in drum-type rotary kilns in steady-state (static) modes are considered in details in the literature, unlike the processes occurred in dynamic conditions (transient modes). However, management and optimization of technological regimes require gaining information about the dynamics of those processes. The goal of the study is analysis of the process of alumina calcination. The quality indicators of the process have a significant impact on the process of aluminum electrolysis. Calcination of aluminum hydroxide is a final stage in all technologies of alumina production. We present the results of theoretical construction of mathematical models of the dynamics of heat and mass transfer processes upon heat treatment of the initial aluminum hydroxide. Three types of models are constructed under different initial conditions which describe the main regularities of the process with different degree of accuracy. Proceeding from the data of the theoretical study a methodology has been developed for experimental study of the dynamics of the process along the main control channels: "hydrate loading - flue gas temperature," "natural gas consumption - temperature in the calcination zone," and "natural gas consumption - flue gas temperature." Transfer functions and differential equations of the process were thus obtained for the studied channels. The revealed good agreement between the structures of theoretical and experimental models made it possible to formulate recommendations for the construction of a process control system for alumina calcination. The temperature in the calcination zone affects the fuel (gas) consumption and determines the quality of the resulting alumina. The flue gas temperature must be maintained at the desired level using a two-circuit system which stabilizes the aluminum hydroxide charge with correction for the flue gas temperature. The temperature in the lower head of the furnace is an integral indicator of the interaction of two flows: the flow of burning gas and the counter-moving flow of the material. This temperature in the steady state operation of the furnace is a control parameter associated with the quality of the resulting alumina. When managing gas consumption, it is also necessary to maintain an optimal fuel-air ratio to ensure complete fuel combustion with maximum efficiency.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.