水泥回转窑热工控制模型研究及其仿真

水泥回转窑是建材工业发展的方向，我国是水泥生产大国，而国内回转窑与发达国家相差甚大，尤其在热工控制方面。由于水泥回转窑具有时变、分布参数和非线性特性，是一个典型的复杂过程，因而水泥回转窑控制系统是一个很有意义且困难的研究方向，本论文在借鉴国内外同类研究的基础上，提出了模糊专家系统控制模型，进行了深入地研究，并且对该模型进行了计算机仿真，希望通过这项研究，提高我国在水泥回转窑先进智能技术的控制水平。主要研究内容有：对水泥回转窑的热工过程进行了详细分析，对其不同控制方法进行全面的综述，对水泥回转窑实现控制的人工智能方法进行了全面的综述，并介绍了国内外的研究现状；研究了对水泥回转窑控制的模糊控制模型、专家系统设计方法，以及利用模糊控制与专家系统相结合的方法对水泥回转窑进行安全而有效控制的方法：研究了专家系统的实时性问题，提出了静态排列专家系统的推理时间模型、优化排列专家系统的时间估计模型与排列准则；利用计算机仿真方法，实现对水泥回转窑这种复杂而昂贵系统控制进行实验研究，以较低的代价实现对其分析。本论文的主研究成果如下：1. 详细研究了水泥回转窑的技术发展与结构演化过程，分析了水泥回转窑的热工过程以及影响水泥生产的各种因素，总结了影响水泥生产质量的主要因素与次要因素，确定了控制水泥回转窑的主要并且可测量的过程参数。2. 用推理全成方法研究模糊控制模型，实现从模糊的角度研究水泥回转窑的控制：从专家 系统角度研究水泥回转窑的控制问题，并提取了有关的专家系统控制规则；在模糊控制与专家系统的基础上，将水泥回转窑的模糊控制与专家系统相结合，利用层次化的控制器结构，底层为模糊控制器，顶层为专家系统，实现了水泥回转窑的安全与有效控制。3. 从定量的角度研究了专家系统的推理时间问题，给出了三种相应的时间估计模型，这不仅可以分析水泥回转窑系统中的专家系统的实时性，而且也可以分析一般专家系统的推理时间和问题。4. 本文提出的计算机仿真工具，为三组数据分别进行计算机仿真，以此研究水泥回转窑控制策略的性能以及对其动态过程进行分析，为水泥回转窑这样的复杂且昂贵的控制系统研究提供有效的手段。

回转窑热解处理废锌锰电池试验研究

我国电池生产量已经达到209亿节（2003年），多年来一直占据世界第一大电池生产国的地位，其中锌锰电池占大多数。废锌锰电池丢弃后，其中的重金属物质会逐渐渗透到地下，污染土壤和水体。重金属在生物体内富集，会使生物体致畸或致变。但同时，废锌锰电池中也含有大量有用的资源如锌、二氧化锰等。应对其进行回收利用，变废为宝。本文介绍了废锌锰电池回收处理的主要技术及研究进展，不同的处理技术回收废锌锰电池时的目标产物各不相同，但一般可分为以下几种：以单质形式回收锌、锰和汞；以合金的形式回收锌和锰；回收锌和二氧化锰；回收各金属元素制备复合微量元素肥料；回收锌、锰元素制备锰锌铁氧体；回收锌、锰元素制备硫酸锌和碳酸锰等。本文对一些废锌锰电池回收处理技术的优缺点从无害化程度、资源化程度、产品等级、工艺要求以及二次污染五个方面进行了分析和比较。在对国内外废锌锰电池回收处理技术进行分析比较的基础上提出了一种成本较低、可操作性较强的处理技术：先以干法除去废锌锰电池中的汞，然后以湿法除去其它的有害重金属并进一步加工制备有机螯合微量元素肥料。 本文以回转窑中物料停留时间的经验公式和传热学的知识设计和计算了回转窑的长度和内径尺寸、电热丝的功率以及外围的保温材料厚度等参数。用保温材料和润滑油相结合的方式对回转窑的连接部分实行密封。通过调整回转窑的转速和回转窑支架两端高度差的方式控制物料在回转窑中的停留时间，从而调节热解时间的长短。利用自动控制设备调节电热丝的功率从而调节试验中的热解温度。利用该回转窑在不同条件下对热解处理废锌锰电池进行了试验研究，热解过程中产生的尾气和颗粒物用一系列吸收液进行吸收和固定。 在热解试验中改变影响热解过程的三种因素：热解温度、热解时间和载气流速并按三因素四水平的正交方法安排试验。改变废锌锰电池热解过程中的热解温度、热解时间和载气流速三种因素进行正交试验并利用正交统计学的方法分析了这三种因素对热解除汞率的影响。利用ICP检测仪测定了各吸收液中汞的含量，并分析热解气体产物经过系列吸收液时汞被吸收的情况以及汞的形态分布。利用气相色谱仪对尾气成分进行了测定，并对热解过程中产气的过程和规律进行了分析。用X射线衍射测试的方法研究了热解前后锌锰电池的物质形态变化情况。对除汞率的正交统计分析表明，合适的热解条件为：热解温度690℃，热解时间100min，载气流速0.06m3/h，在这种试验条件下热解处理废锌锰电池的除汞率达到100%。同时还得到：热解时间对除汞效果影响最大，热解温度次之，载气流速的影响较小。ICP测试的结果表明：热解尾气在经过试验中设置的吸收瓶后，其中的汞被完全吸收，尾气中95%以上的汞以单质的形式存在。气相色谱分析的结果表明，热解开始后，废锌锰电池中的有机质迅速分解，其产物为C2H4、CH4和H2等。一段时间后，有机质的分解量大幅度减少，同时废电池中的石墨碳和高价金属氧化物发生氧化还原反应，生成CO气体。对废锌锰电池原料以及热解残渣的X射线衍射分析表明，当热解温度为350℃时，X射线衍射图谱上2θ值为35°附近的区域有新峰出现，但不明显，说明有结晶体形成但量不大。500℃时上述峰明显增强，这是由于ZnO和FeO形成了结晶体，同时在2θ值为41°附近有新峰出现，这是高价锰氧化物与石墨碳发生氧化还原反应生成了MnO并形成了结晶体。650℃时，2θ值在41°附近的峰显著增强，且热解过程中形成的峰稳定下来，基本上不再有新的结晶体生成。热解后，高价锰氧化物的相对含量从32.2%下降到4.6%，而MnO的相对含量则从6.4%上升到38.6%。热解后的残渣中晶体物质含量大，金属元素大多以低价态存在，适合于制备有机螯合微量元素肥料。

基于多重分形的水泥回转窑工况识别研究

鉴于多重分形理论在定量描述复杂系统非线性运行规律方面具有的独特优势,将多重分形理论引入到工况特征识别研究中来,确认了水泥回转窑窑电流信号的多重分形特性。在此基础上,研究了窑电流多重分形谱参数随工况变化的情况,发现多重分形谱参数的变化趋势与回转窑内工况状态的变化趋势之间具有较强的关联性,进而提出了基于多重分形谱参数进行水泥回转窑异常工况特征提取的新方法,为水泥生产过程中工况状态的在线监控和预报提供了有力支持。