2015年核心期刊目錄淺析水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯

　　【摘 要】本文著重介紹了水泥熟料煅燒回磚窯的技術(shù)改造,即利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)替代規(guī)儀表和模擬單回路的操作方法。一是建立完備的儀表系統(tǒng);二是建立計(jì)算機(jī)的自控系統(tǒng)。達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,其經(jīng)驗(yàn)將對(duì)中小型水泥企業(yè)的技術(shù)改造或新建都具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

　　【關(guān)鍵詞】熟料煅燒;控制理論

　　當(dāng)時(shí)水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯,由于采集、檢測(cè)、計(jì)量手段不完善,無法對(duì)整個(gè)工況過程進(jìn)行有效地監(jiān)視與控制,只能靠經(jīng)驗(yàn)來確定和判斷生產(chǎn)狀況,影響了新工藝潛在能力的發(fā)揮,成為制約生產(chǎn)發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。因此,為保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行和獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益,僅僅依靠常規(guī)儀表和模擬單回路的操作方法,已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的工藝要求,且單純依賴于外延擴(kuò)大再生產(chǎn)也不是現(xiàn)實(shí)的。而積極開發(fā)研制計(jì)算機(jī)自控技術(shù),推行技術(shù)改造,增加技術(shù)含量,挖掘現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)裝備的潛力,以新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)已有資源的再有效利用,也就是說刺激生產(chǎn)發(fā)展的因素應(yīng)在生產(chǎn)過程中去尋找,才是可行的技術(shù)路線。

　　一、控制熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯的儀表系統(tǒng)

　　建地完備的儀表系統(tǒng),并通過工業(yè)實(shí)際運(yùn)行,才能及時(shí)準(zhǔn)確地提供水泥熟料煅燒過程中的各重要工藝參數(shù)信息,獲得被控制量隨操作變量而變化的數(shù)據(jù)組,積累定量化的、科學(xué)的直接操作經(jīng)驗(yàn),找出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。既是實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)和必要的技術(shù)手段,又是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的前提和應(yīng)用軟件開發(fā)的科學(xué)依據(jù)。

　　儀表系統(tǒng)采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ系列DDZ—Ⅲ型儀表,因它具有以下特點(diǎn):一是采用線性集成電路,儀表的穩(wěn)定性和精度得到提高;二是采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制,現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)是4～20mA,直流電流,控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為0～5v,直流電壓;三是結(jié)構(gòu)合理,功能多樣,數(shù)字直觀;四是可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng),易與計(jì)算機(jī)配套使用。

　　水泥熟料煅燒回磚窯是一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象。檢測(cè)條件惡劣:有噴燃火焰對(duì)檢測(cè)光路的干擾、二次風(fēng)卷上來的較冷的生科粉塵的散射吸收和對(duì)窗口的污染、以及被熟料形狀、窯皮狀態(tài)對(duì)輻射率的影響等。不宜采取接觸式檢測(cè),因而,采用了遠(yuǎn)程雙比色高溫針對(duì)燒成帶物料溫度的檢測(cè),同時(shí)配有華海SHC型核子秤,對(duì)生料雙管螺旋輸送機(jī)喂入量和煤粉雙管螺旋輸送機(jī)喂入量實(shí)施累積計(jì)量。

　　必須檢測(cè)的重要工藝參數(shù)和所配儀表量程及信號(hào)制式是:

　　參數(shù) 量程信號(hào)

　　燒成帶物料溫度:800～1600℃ 4～20mA

　　窯尾廢熱煙氣溫度:0～1200℃ 4～20 mA

　　窯尾冷煙室負(fù)壓:0～-400Pa4～20 mA

　　一次風(fēng)溫度:0～150℃ 4～20 mA

　　二次風(fēng)溫度:0～100℃4～20 mA

　　一次風(fēng)壓力:0～4000Pa 4～20 mA

　　一次風(fēng)機(jī)開度:0～100% 4～20 mA

　　二次風(fēng)機(jī)開度:0～100% 4～20 mA

　　生料雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速:0～100r/min 0～5v

　　煤粉雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速:0～75r/min0～5v

　　回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速:0～1r/min 0～5v

　　回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流: 0～20A 0～5v

　　這些參數(shù)就其性質(zhì)來分,一是為實(shí)現(xiàn)工序正常的參控參數(shù),二是要求維持生產(chǎn)正常的監(jiān)控參數(shù),三是為保證設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)。

　　儀表檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理框圖

　　對(duì)于檢測(cè)參量它反映了從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各工藝檢測(cè)點(diǎn)的一次檢測(cè)元件,經(jīng)過變換處理,到儀表顯示,再到計(jì)算機(jī)信號(hào)處理板,經(jīng)過濾波處理,直接進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的全過程。所采用的儀表、儀器、設(shè)備以及它們的線路連接、信號(hào)制式是相互耦合的關(guān)系。

　　燒成帶物料溫度:高溫計(jì)→溫度變換器→數(shù)顯溫度表

　　窯尾廢熱咽氣溫度:電熱偶→溫度變送器→數(shù)顯溫度表

　　一次風(fēng)溫度:電熱阻→溫度變送器→數(shù)顯溫度表

　　二次風(fēng)溫度:電熱偶→溫度變送器→數(shù)顯溫度表

　　一次風(fēng)壓力:正壓→壓力變送器→數(shù)顯壓力表

　　二次風(fēng)壓力:負(fù)壓→微差壓變送器→數(shù)顯壓力表

　　回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流:電流→電流變送器→數(shù)顯電流表

　　對(duì)于操作參量它反映了計(jì)算機(jī)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過信號(hào)隔離、變化處理、操作器、控制器,直到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各工藝調(diào)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的全過程。所采有的各種儀表、儀器、設(shè)備以及它們的線路連接,信號(hào)制式是相互耦合的關(guān)系。

　　一次風(fēng)機(jī)開度:操作器→電動(dòng)執(zhí)行器→數(shù)顯開度表

　　二次風(fēng)機(jī)開度:操作器→電動(dòng)執(zhí)行器→數(shù)顯開度表

　　生料雙管輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速:操作器→調(diào)速電機(jī)→數(shù)顯轉(zhuǎn)數(shù)表

　　煤粉雙管輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速:操作器→調(diào)速電機(jī)→數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

　　回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速:操作器→轉(zhuǎn)差離合器→數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

　　對(duì)于五個(gè)操作參量分別實(shí)施旋鈕調(diào)節(jié),而其開關(guān)、故障信號(hào),分別實(shí)施按鈕操作,并設(shè)有指示燈。

　　二、控制水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯的控制為過程自動(dòng)控制,其特點(diǎn)是在無人直接參與下,采用自動(dòng)化技術(shù)裝置使生產(chǎn)各環(huán)節(jié)能以一定的準(zhǔn)確度自動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)或開關(guān)等操作,以保證預(yù)定的工作狀態(tài)和所要求的控制功能的一種控制。

　　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由過程計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理及控制監(jiān)視裝置等組成。它是從工藝過程中采集到控制所需的操作數(shù)據(jù),經(jīng)過適當(dāng)處理,把結(jié)果反饋到工藝系統(tǒng)中相對(duì)應(yīng)的調(diào)控裝置。它的功能是完成對(duì)話、顯示、打印、歷史數(shù)據(jù)存盤、超限報(bào)警和管理、顯示工藝參數(shù)變化趨勢(shì)曲線、優(yōu)化控制,對(duì)水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯工藝過程實(shí)施小幅度調(diào)節(jié)。

　　把燒成帶物料溫度和窯尾廢熱煙氣溫度兩個(gè)重要的工藝運(yùn)行參數(shù)作為被控制量,其目標(biāo)設(shè)定值為:

　　燒成帶物料溫度控制在1450±30℃,并實(shí)施上下超限報(bào)警。

　　窯尾廢熱煙氣溫度控制在880±30℃,并實(shí)施上下超限報(bào)警。

　　把顯著影響兩個(gè)重要的工藝運(yùn)行參行——回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速、生料雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速、煤粉雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速、一次風(fēng)用量(窯頭一次風(fēng)機(jī)是用來引進(jìn)煤粉磨的熱風(fēng),以向窯內(nèi)噴送煤粉。實(shí)際用風(fēng)量應(yīng)控制在與煤粉中揮發(fā)份含量相配比)、以及對(duì)窯內(nèi)通風(fēng)和溫度場(chǎng)影響頗大的二次風(fēng)用量(窯尾二次風(fēng)機(jī)是用來引進(jìn)冷卻機(jī)的熱風(fēng),以減少煤量消耗,并排除窯內(nèi)的廢熱煙氣,使冷煙室形成一定的負(fù)壓操作)作為操作變量。

　　根據(jù)熱平衡理論,在連續(xù)生產(chǎn)的工藝系統(tǒng)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí),各種熱工參數(shù)亦相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng),如果生產(chǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),則其一、二次用風(fēng)量、生料用量和煤粉用量及回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速都會(huì)保持不變,則系統(tǒng)的熱工參數(shù)應(yīng)該基本上是不變的,但實(shí)際上這種情況是不可能達(dá)到的。因?yàn)?一是水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯是大量消耗燃料的熱交換設(shè)備;二是水泥熟料煅燒是一個(gè)典型的熱過程;三是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。且影響窯內(nèi)熱工制度的因素很多,同時(shí)風(fēng)、料、煤等的量和質(zhì)也隨時(shí)都在變化。因此,控制系統(tǒng)應(yīng)采取閉環(huán)控制,從而使工藝控制系統(tǒng)能夠克服各種小的干擾和波動(dòng),保持處于穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。

　　為實(shí)現(xiàn)這一目的,在控制系統(tǒng)中,回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速和生料雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速構(gòu)成一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng),即生料喂及量隨回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速的提高或降低而增減;而煤粉雙管螺旋輸送機(jī)軸轉(zhuǎn)速和一次風(fēng)用量構(gòu)成一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng),即一次風(fēng)用量將隨著煤粉的喂入量的增減而提高或降低,以實(shí)現(xiàn)合理的定量比配。就是用五個(gè)操作變量的最佳組合來保證被控制量的不變,以圖建立水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定的熱工制度,為水泥熟料煅燒的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低能耗提供保證。

　　兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)及兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)中的各兩個(gè)參數(shù),同時(shí)影響著燒成帶物料溫度和窯尾廢熱煙氣溫度的高低,屬于“邏輯與”運(yùn)算,表達(dá)式為:X=A∧B=min(A•B)

　　該系統(tǒng)投入運(yùn)行的條件是——回轉(zhuǎn)窯處于正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。即是說,它不適用于開窯、停窯、欠燒、大量窯皮跨落、補(bǔ)掛窯皮等非正常的操作條件。當(dāng)熟料煅燒工藝過程較為穩(wěn)定時(shí),可以借助于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)去維持其穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn),若一旦有大幅度地干擾或波動(dòng),計(jì)算機(jī)無法處理時(shí),它會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示,把回轉(zhuǎn)窯的控制交給窯的操作員,等待人工把問題處理完畢后,工藝過程又處于穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)時(shí),再切換到計(jì)算機(jī)控制。

　　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過兩個(gè)切換開關(guān),來實(shí)現(xiàn)三種工作狀態(tài):

　　一是自動(dòng)控制狀態(tài)。即計(jì)算機(jī)對(duì)水泥熟料煅燒過程完全自動(dòng)控制。此時(shí),計(jì)算機(jī)發(fā)出五個(gè)操作變量參數(shù),通過五個(gè)操作回路——一次用風(fēng)量、二次用風(fēng)量、生料雙管螺旋輸送機(jī)喂入量、煤粉雙管螺旋輸送機(jī)喂入量、回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行操作,以控制主要目標(biāo)——燒成帶的物料溫度和窯尾廢熱煙氣的溫度均保持在設(shè)定范圍。兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)的比例系數(shù)設(shè)定由計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。

　　二是人工調(diào)節(jié)狀態(tài)。即計(jì)算機(jī)已脫離自動(dòng)控制,轉(zhuǎn)入儀表聯(lián)動(dòng)的人工調(diào)控。此時(shí),除二次用風(fēng)量單獨(dú)控制外,而兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)比例控制回路進(jìn)行控制狀態(tài)。其比例系數(shù)由人工整定比例器,來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)和二次風(fēng)用量的三個(gè)回路操作。

　　三是單獨(dú)手動(dòng)狀態(tài)。既兩個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)也完全解體,五個(gè)操作變量——一次風(fēng)用量、二次風(fēng)用量、生料雙管螺旋輸送機(jī)喂入量,煤粉雙管螺旋輸送機(jī)喂入量,回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速,形成了五個(gè)回路單獨(dú)操作狀態(tài),定值比例器不起作用,完全進(jìn)入人工直接操作的控制方式。

　　由于水泥熟料標(biāo)號(hào)、臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高,全年合計(jì)可增產(chǎn)火山灰質(zhì)325號(hào)硅酸鹽水泥3240噸。同時(shí)降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,降低了電力、生料、煤粉、材料消耗,減少了維修費(fèi)用。

　　通過實(shí)際運(yùn)行證明,當(dāng)時(shí)的決策無疑是正確的,雖然今天隨著現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,這只不過為大型水泥企業(yè)熟料煅燒過程的控制要求提供了更靈活可靠和功能齊全的控制可能,然而已經(jīng)過實(shí)踐的、成功的控制策略,控制模式,控制理論仍具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義,特別是對(duì)中小型企業(yè)的技術(shù)改造或新建均可引為借鑒之經(jīng)驗(yàn)。

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