新型干法水泥生产过程控制策略优化

新型干法水泥生产过程控制策略优化
王汪洋
(武汉建筑材料工业设计研究院有限公司，湖北武汉430070)
摘要:新型干法过程具有多变量祸合、时变、非线性特点，在水泥生产过程中容易受到进料的粒度、化学成分、回转窑窑皮脱落以及 游离石灰的干扰。

本文分析了常规控制策略及存在的控制难点，根据新型干法过程的工艺特点提出粉磨过程和回转窑生产过程的优 化策略。

关键词：新型干法;过程控制；优化
Optimization of Control Strategy for NewDry
Process Cement Production
W a n g W a n g y a n g
(Wuhan Building Materials Industry Design Research Institute,Wuhan,Hubei430070)
Abstract：T he new d ry process is characterized by multiple variables,time- varying and non - linearity.It is susceptible to feed particle size,chemical composition,shedding of rotary kiln skin,and free lime during cement production.This paper analyzes the conventional control strategy and the existing control difficulties.Based on the process characteristics of thenew dry process,the paper p uts forward the optimization strategy of grinding process and rotary kiln production process.
Key words ：New dry process;Process control；Optimization
新型干法水泥生产虽在工艺上有了很大的改进，明显提高 了优质性、环保性、高效性,但距离理想的均衡稳定状态还有一 段路程。

多变量、强祸合的过程使系统的控制精度较低,水泥均 衡温度的生产以及熟料的质量很难保证,造成单位产量的能耗 增加而劳动生产率下降。

因此，提出粉磨过程的多模型的预测 及优化系统，利用专家系统实现对回转窑生产过程的联合控制，对降低单位产量能耗，提高生产效率具有重要意义。

1常规控制策略
1.1 粉磨过程常规控制策略
在烘干粉磨系统生产中,为使粉磨作业处于良好状态，实现 自动调节优化控制,计算机、自动化仪表、网络通信技术的运用 越来越广泛。

生料粉磨系统的自动控制实现极大地提高了后续 工序的稳定性，准确的原料配比控制,确保粉磨机内的铁粉、粘 土、石灰石及其它校正原料的配比符合标准。

其次调节粉磨机 的物料喂人量，保障磨机负荷良好,可在最佳负荷点工作，以提 高 率。

1.2 回转窑系统常规控制策略
在窑内物料缎烧过程中，为维持最佳的热工状态与热力分 布，需密切关注各项工艺的热工参数，燃料燃烧及气流的温度、不同温度带物料滞留时间等。

回转窑系统的主要被控参数有氮 氧化物浓度、烧成带温度、窑尾温度，主要控制参数有主排风机 转速、窑进煤量、回转窑转速。

其中，烧成带温度和窑尾温度是 保证热工过程稳定，常规控制策略主要有烧成带温度控制回路、
作者简介:王汪洋(1985年8月出生）男大学本科,工程师，无机非金 属专业。

窑尾温度控制回路。

1.3 常规控制策略的局限性
水泥生产过程常规控制设立许多个独立的自动控制调节回
路，先进行单回路的调节控制，再链接这些回路以实现整个生产 过程的控制。

但水泥生产过程的输人输出变量多，并且他们之 间存在着揭合关系，各控制器之间的常规控制是相互独立的，很 难应付强祸合、多变量的过程，导致系统的控制精度较低，难以 确保水泥均衡温度的生产及熟料的质量，使得劳动生产率降低、单位产量能耗提高。

2生产过程控制策略优化
2.1 粉磨过程多模型预测及负荷控制策略优化
2.1. 1粉磨过程多模型预测控制模型策略
最常用的粉磨设备为球磨机,粉磨过程的被控变量是磨机 负载，选粉机的出料流速操纵变量是喂料流速，选粉速率主要干 扰变量是磨机内物料的硬度。

非线性系统多模型预测控制策略 能使粉磨机在不同的工况点稳定运行，避免“空磨”“饱磨”现 象。

在此基础上，可实现磨机负荷设定值的优化。

2.1.2磨机负荷优化控制策略
研究表明，随着磨机负荷的增大磨音特性曲线单调递减，磨 音变小、频率降低，则磨机负荷增大，反之则减小。

以磨音信号
和磨机出人口压差作为主控制参数，构成的控制回路作为系统 的外环，外环根据磨机负荷控制回路的设定值与当前测量信号
的偏差，应用磨机负荷优化控制器计算得到最优负荷值并以此 作为设定值。

由磨机系统与多模型预测控制器构成的磨机负荷 控制回路作为系统的内环，内环应用多模型预测控制器与外环 提供的设定值计算获得当前最优输人A U,并运（下转第84页）
• 82 •
好坏，可能会影响到整个建筑物的质量。

由于建筑结构的限制，有时转换层可能会承受巨大的压力，想要保证建筑的稳定安全，必须要确保转换层有足够的强度。

为了确保转换层的安全，建 筑设计规定，转换层的刚性结构不可以低于其上层结构的70%。

为了达到这一标准，可以提高转换层剪力墙的厚度，保证其稳 固。

并且，在浇筑的过程中采用比起普通建筑更为优质的混凝 土，从材料和设计上保证转换层的刚度。

另外，在进行转换层的抗震结构设计时,设计人员需要注重框 支柱的强度,结合地震等级，应用框支柱的柱顶弯矩进行配筋的设 计。

与此同时，在进行框支柱的剪力调整时,i觅十人员需要根据表1的标准进行框支柱的设计，确保其地震剪力满足标准规范。

表1转换层框支柱的设计标准
层框支柱数目每一层每根柱的剪力大小
1 -2层<10根每层每根柱的剪力取为基底剪力2%
容3层每层每根柱的剪力取为基底剪力3%
1 -2层為10根每层每根柱的剪力之和取为基底剪力2%
>3层每层每根柱的剪力之和取为基底剪力3%
2. 3合理安排转换层位置
转换层是建筑物中的受力层，在大型建筑中能起到承载压 力、提高建筑物稳定性、安全性和抗震性的作用。

但转换层的安 排也是有要求的，要根据建筑的实际情况,分析受力情况，合理 安排转换层的所在位置。

越高的建筑物，其自重就越大,且伴随 着建筑物的不断增高，楼内的结构越来越复杂，因此高层建筑物 的受力模式比起小型建筑物更加复杂，建筑物内部的受力也会 随着建筑物高度的变化而变化，何况，大型建筑物可能还会面临 诸如地形、风力等外界因素的影响。

因此,到达一定高度的建筑 物会比普通建筑物承受更大的压力、具有更多的变数，在对建筑 物进行设计时，就需要更多的考量，合理的安排转换层的位置也 是其中之一。

如果转换层的位置设置的过高，可能会改变转换 层内部的受力状况，在影响转换层安全的同时，也影响到了上下
(上接第82瓦）用于粉磨过程，从而使球磨机的工作效率达到最 高。

2.2 回转窑生产过程控制策略优化
2.2.1 回转窑生产过程专家系统控制策略
专家系统是一类包含知识和推理的智能计算机程序，是运 用基于知识的程序设计方法搭建的计算机系统。

它拥有某个特 殊领域内专家的经验与知识，即那些解决专业问题非常熟悉的 人们。

这种专门技术来源于处理问题的丰富经验与扎实专业知 识，并能像专家那样运用这些知识,通过演算推理，对该领域内 的问题作出决策。

专家系统主要包括知识库、知识获取、推理 机、理 要 。

2.2.2 回转窑生产过程的专家规则
操作员在判断回转窑工况时,一般关注温度及功率（一般指 电流或转速的变动），并兼顾压力的变化。

回转窑在稳定状态下 的控制程序是通过投产后实际摸索来确定的。

窑系统的操纵变 量主要有原料喂人量、窑转速预热器主排风机转数和人口风门 开度、蓖冷机三室通风量、窑进煤量分解炉人口三次风风门开 度。

在进行专家控制时，根据四项被控变量的上下限来检验它 们的实际输出值。

2.3模型预测控制与专家系统组合控制策略
模型预测控制具有较强的抗干扰能力，控制器能快速抑制 一些随机扰动。

在回转窑系统中，随机扰动包括生料的化学成• 84 •层面的刚度和受力方式。

自身被受力扭曲的转换层不仅不能承 担建筑的受力，还会使转化层反而成为建筑物中的薄弱环节，对 建筑物的抗震能力和安全性造成损害，因此，研究建筑物的受 力,结合实际情况，正确的安排转换层的位置，是保证建筑安全 的要 。

2.4提高二者的整体性
转换层虽然是不会在楼层中开放的受力承载层，但仍然是 建筑物的一部分,是不可分割的，因此，在设计中要注意,需要提 高转换层与整个建筑物的整体性，使其融为一体发挥作用。

想 要提高二者的整体性，首先需要设计人员着眼于转换层的设计。

设计人员在设计转换层的时候,应仔细了解建筑物设计图纸，明确建筑物的设计要求，只有了解这些,才能更好的掌控全局，在 设计转换层结构的时候使其与整个建筑物更好的融为一体。

注 重转换层与建筑物之间的整体性,可以更加科学的保障建筑物 的抗震性与稳定性，还可以延长建筑物的使用寿命。

其次，设计 人员应该对转换层的设计方案进行精简，分析受力，使其更好的 符合建筑的整体要求,进行科学的受力分析，明确受力的方向与 强度。

通过受力的分析，使得二者的质量中心与刚度中心保持 一致，更好的承载建筑，防止建筑物出现各种质量问题[1]。

3结论
综上所述，随着现代建筑的不断发展,建筑中转换层的作用 变得越来越重要，转换层的结构与设计也越发受到建筑者们的 关注。

转换层结构可以有效地转换重量、保持建筑重心,具有多 种形式以应对不同的情况，在设计时，应当按照建筑物的要求设 计、保证转换层强度、合理安排其位置、使转换层与整个建筑物 融为一体,从而使转换层更好的发挥在建筑中的作用，促进建筑 物更好的发展。

参考文献
[1]赵吉龙.高层建筑梁式转换层结构设计浅析[J].黑龙江科技信息,
2016(15)：212,
分及细度、周围环境的温度及湿度、燃料质量的变化等。

比如 “窑皮脱落”问题会造成烧成带温度快速降低、反应不稳定,M PC 控制器难以解决,预测模型产生了很大的变化。

在MPC控制的 基础之上,合理运用现场操作员的知识与经验，搭建专家系统，根据操作员模型与一系列规则，逐步调节直到被控变量恢复到 原先的允许范围内，使系统很快回到干扰前的状态，控制器校正 后反馈的预测模型跟原来的模型相比变化较小,计算出来的操 变量 量也很 。

3结语
新型干法水泥生产过程具有非线性、大时滞、时变以及多变 量祸合等多个特点,用常规的控制策略解决这些问题有很大的 难度,但通过专家系统与模型预测控制进行组合控制的控制策 略却能够较轻松地解决，并能保障窑系统稳定地均衡运行，降低 能耗，降低生产成本。

参考文献
[1]李文元.新型干法水泥回转窑的问题窑况操作方法探析[J].四川水
泥,2017(07)
[2]白银涛.6000t/d新型干法水泥生产线生产调试体会[J].中国水泥,
2017(11) ：0 -86.
[3 ]卢运恒.新型干法水泥生产工艺的探讨[J].建材与装饰,2016 (01):
213-214.。