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,即利用計算機控制技術(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);二是建立計算機的自控系統(tǒng)。達到了預期的設計目的,取得了較好的經(jīng)濟效益,其經(jīng)驗將對中小型水泥企業(yè)的技術(shù)改造或新建都具有現(xiàn)實的指導意義。

　　【關(guān)鍵詞】熟料煅燒;控制理論

　　當時水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯,由于采集、檢測、計量手段不完善,無法對整個工況過程進行有效地監(jiān)視與控制,只能靠經(jīng)驗來確定和判斷生產(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)過程的正常運行和獲得較好的經(jīng)濟效益,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大再生產(chǎn)也不是現(xiàn)實的。而積極開發(fā)研制計算機自控技術(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)實際運行,才能及時準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、科學的直接操作經(jīng)驗,找出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。既是實現(xiàn)人工手動調(diào)節(jié)的基礎和必要的技術(shù)手段,又是計算機實現(xiàn)自動控制的前提和應用軟件開發(fā)的科學依據(jù)。

　　儀表系統(tǒng)采用國產(chǎn)標準Ⅰ系列DDZ—Ⅲ型儀表,因它具有以下特點:一是采用線性集成電路,儀表的穩(wěn)定性和精度得到提高;二是采用國際標準信號制,現(xiàn)場傳輸信號是4～20mA,直流電流,控制室聯(lián)絡信號為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),易與計算機配套使用。

　　水泥熟料煅燒回磚窯是一個運動對象。檢測條件惡劣:有噴燃火焰對檢測光路的干擾、二次風卷上來的較冷的生科粉塵的散射吸收和對窗口的污染、以及被熟料形狀、窯皮狀態(tài)對輻射率的影響等。不宜采取接觸式檢測,因而,采用了遠程雙比色高溫針對燒成帶物料溫度的檢測,同時配有華海SHC型核子秤,對生料雙管螺旋輸送機喂入量和煤粉雙管螺旋輸送機喂入量實施累積計量。

　　必須檢測的重要工藝參數(shù)和所配儀表量程及信號制式是:

　　參數(shù) 量程信號

　　燒成帶物料溫度:800～1600℃ 4～20mA

　　窯尾廢熱煙氣溫度:0～1200℃ 4～20 mA

　　窯尾冷煙室負壓:0～-400Pa4～20 mA

　　一次風溫度:0～150℃ 4～20 mA

　　二次風溫度:0～100℃4～20 mA

　　一次風壓力:0～4000Pa 4～20 mA

　　一次風機開度:0～100% 4～20 mA

　　二次風機開度:0～100% 4～20 mA

　　生料雙管螺旋輸送機軸轉(zhuǎn)速:0～100r/min 0～5v

　　煤粉雙管螺旋輸送機軸轉(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)動電機電流: 0～20A 0～5v

　　這些參數(shù)就其性質(zhì)來分,一是為實現(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),三是為保證設備正常運行的狀態(tài)參數(shù)。

　　儀表檢測系統(tǒng)的工作原理框圖

　　對于檢測參量它反映了從生產(chǎn)現(xiàn)場各工藝檢測點的一次檢測元件,經(jīng)過變換處理,到儀表顯示,再到計算機信號處理板,經(jīng)過濾波處理,直接進入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的全過程。所采用的儀表、儀器、設備以及它們的線路連接、信號制式是相互耦合的關(guān)系。

　　燒成帶物料溫度:高溫計→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

　　一次風溫度:電熱阻→溫度變送器→數(shù)顯溫度表

　　二次風溫度:電熱偶→溫度變送器→數(shù)顯溫度表

　　一次風壓力:正壓→壓力變送器→數(shù)顯壓力表

　　二次風壓力:負壓→微差壓變送器→數(shù)顯壓力表

　　回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動電機電流:電流→電流變送器→數(shù)顯電流表

　　對于操作參量它反映了計算機的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過信號隔離、變化處理、操作器、控制器,直到生產(chǎn)現(xiàn)場各工藝調(diào)節(jié)點的執(zhí)行機構(gòu)之間的全過程。所采有的各種儀表、儀器、設備以及它們的線路連接,信號制式是相互耦合的關(guān)系。

　　一次風機開度:操作器→電動執(zhí)行器→數(shù)顯開度表

　　二次風機開度:操作器→電動執(zhí)行器→數(shù)顯開度表

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

　　煤粉雙管輸送機軸轉(zhuǎn)速:操作器→調(diào)速電機→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

　　對于五個操作參量分別實施旋鈕調(diào)節(jié),而其開關(guān)、故障信號,分別實施按鈕操作,并設有指示燈。

　　二、控制水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯的計算機系統(tǒng)。

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

　　計算機控制系統(tǒng)是由過程計算機、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)過適當處理,把結(jié)果反饋到工藝系統(tǒng)中相對應的調(diào)控裝置。它的功能是完成對話、顯示、打印、歷史數(shù)據(jù)存盤、超限報警和管理、顯示工藝參數(shù)變化趨勢曲線、優(yōu)化控制,對水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯工藝過程實施小幅度調(diào)節(jié)。

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

　　燒成帶物料溫度控制在1450±30℃,并實施上下超限報警。

　　窯尾廢熱煙氣溫度控制在880±30℃,并實施上下超限報警。

　　把顯著影響兩個重要的工藝運行參行——回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速、生料雙管螺旋輸送機軸轉(zhuǎn)速、煤粉雙管螺旋輸送機軸轉(zhuǎn)速、一次風用量(窯頭一次風機是用來引進煤粉磨的熱風,以向窯內(nèi)噴送煤粉。實際用風量應控制在與煤粉中揮發(fā)份含量相配比)、以及對窯內(nèi)通風和溫度場影響頗大的二次風用量(窯尾二次風機是用來引進冷卻機的熱風,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)達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)時,各種熱工參數(shù)亦相對穩(wěn)定。對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,則其一、二次用風量、生料用量和煤粉用量及回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速都會保持不變,則系統(tǒng)的熱工參數(shù)應該基本上是不變的,但實際上這種情況是不可能達到的。因為:一是水泥熟料煅燒回轉(zhuǎn)窯是大量消耗燃料的熱交換設備;二是水泥熟料煅燒是一個典型的熱過程;三是一個十分復雜的物理化學反應過程。且影響窯內(nèi)熱工制度的因素很多,同時風、料、煤等的量和質(zhì)也隨時都在變化。因此,控制系統(tǒng)應采取閉環(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,保持處于穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。

　　為實現(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軸轉(zhuǎn)速構(gòu)成一個隨動系統(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軸轉(zhuǎn)速和一次風用量構(gòu)成一個隨動系統(tǒng),即一次風用量將隨著煤粉的喂入量的增減而提高或降低,以實現(xiàn)合理的定量比配。就是用五個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。

　　兩個隨動系統(tǒng)及兩個隨動系統(tǒng)中的各兩個參數(shù),同時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”運算,表達式為:X=A∧B=min(A•B)

　　該系統(tǒng)投入運行的條件是——回轉(zhuǎn)窯處于正常穩(wěn)定的運行狀態(tài)。即是說,它不適用于開窯、停窯、欠燒、大量窯皮跨落、補掛窯皮等非正常的操作條件。當熟料煅燒工藝過程較為穩(wěn)定時,可以借助于計算機控制系統(tǒng)去維持其穩(wěn)定的運轉(zhuǎn),若一旦有大幅度地干擾或波動,計算機無法處理時,它會自動報警提示,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,再切換到計算機控制。

　　計算機控制系統(tǒng)通過兩個切換開關(guān),來實現(xiàn)三種工作狀態(tài):

　　一是自動控制狀態(tài)。即計算機對水泥熟料煅燒過程完全自動控制。此時,計算機發(fā)出五個操作變量參數(shù),通過五個操作回路——一次用風量、二次用風量、生料雙管螺旋輸送機喂入量、煤粉雙管螺旋輸送機喂入量、回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)速,對生產(chǎn)過程進行操作,以控制主要目標——燒成帶的物料溫度和窯尾廢熱煙氣的溫度均保持在設定范圍。兩個隨動系統(tǒng)的比例系數(shù)設定由計算機軟件來實現(xiàn)。

　　二是人工調(diào)節(jié)狀態(tài)。即計算機已脫離自動控制,轉(zhuǎn)入儀表聯(lián)動的人工調(diào)控。此時,除二次用風量單獨控制外,而兩個隨動系統(tǒng)比例控制回路進行控制狀態(tài)。其比例系數(shù)由人工整定比例器,來實現(xiàn)兩個隨動系統(tǒng)和二次風用量的三個回路操作。

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

　　由于水泥熟料標號、臺時產(chǎn)量、設備運轉(zhuǎn)率的提高,全年合計可增產(chǎn)火山灰質(zhì)325號硅酸鹽水泥3240噸。同時降低了工人勞動強度,降低了電力、生料、煤粉、材料消耗,減少了維修費用。

　　通過實際運行證明,當時的決策無疑是正確的,雖然今天隨著現(xiàn)代控制理論、計算機技術(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)過實踐的、成功的控制策略,控制模式,控制理論仍具有現(xiàn)實的指導意義,特別是對中小型企業(yè)的技術(shù)改造或新建均可引為借鑒之經(jīng)驗。

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