水泥粉磨优化控制系统

水泥粉磨优化控

制系统

一、背景介绍

对水泥粉磨系统的研究一直在不断的进行着，如何提高磨机的粉磨效率、提高水泥产品质量、使生产过程节能降耗一直是研究的重点，水泥粉磨过程的耗能巨大，尤其是耗电情况十分严重，由于操作人员对磨机的操作存在滞后性、不确定性、盲目性等缺点，导致粉磨系统的效率较低，进一步增加了粉磨系统的电耗。

粉磨系统操作复杂，磨机的工况也是随着现场的干扰而不断变化的，导致现场经常出现粉磨系统的不稳定情况的发生，比如称重仓仓满溢料、球磨机饱磨、球磨机空磨、皮带秤跳停、旋风筒堵料等，如果操作员不能够及时的发现并采取相应的处理措施，就会导致粉磨系统设备的保护跳停，进而必须将整个粉磨系统停下来进行处理，严重的影响了水泥的生产，对水泥的发货造成影响，从而影响了水泥厂的效益。所以在粉磨系统运行时一定要避免极端情况的发生，如果因为操作员的操作出现了停产的情况则要对相应的操作员进行处罚，责任到人。因此，如果能够对粉磨系统采用自动控制代替人工的操作，就能够避免出现极端的情况，并且能够使粉磨系统长时间处于稳定工况，在节约了电耗的同时，能够保护设备并且减少操作人员的劳动强度，具有一定的实用价值。

据统计，我国水泥工业发展较快，水泥产量逐年递增，自1985年起，我国水泥产量连续26年位居世界第一位，2011年总产量达到20.6亿吨，占到世界水泥总产量的50%之多，最近5年内我国水泥年产量及年平均增长率见表1.1，2007年到2011年年平均增长率超过11%，如果通过采用自动控制系统能够将水泥的吨电耗降低1%左右，带来的经济效益是相当可观的。

表1 我国水泥年产量.

年份2007 2008 2009 2010 2011

年产量/亿吨13.5 14.5 16.4 18.7 20.6

年平均增长率/% 7.4 13.1 14.0 10.2

1、水泥粉磨系统简介

在水泥的生产过程中，水泥制备的最后一个环节就是水泥的粉磨，通过水泥的粉磨环节能够将水泥熟料以及外加的原材料粉磨至适宜的粒度，使水泥的细度与比表面积达到国家标准，粉磨出的质量较好的水泥具有较大的水化面积，水化速率快，能够满足水泥浆体凝结与硬化要求。

水泥粉磨系统按照工艺流程主要分为三种：开路粉磨系统、闭路粉磨系统、联合粉磨系统，按照设备使用方式可以分为：辊压机-球磨机粉磨系统、球磨机粉磨系统、立磨-球磨机粉磨系统、卧式辊磨粉磨系统等系统。目前大多数水泥厂还是采用联合粉磨系统，这种粉磨系统具有产量高，能耗低的优点，但是设备投资大，操作系统复杂。

在粉磨系统中，水泥球磨机是粉磨系统最重要的设备，磨机具有非线性、大滞后、强耦合等特点，所以对球磨机的控制必须要考虑到这些特点，同时磨机是一种能耗大、效率低的设备，最大限度的降低电耗、降低生产成本，是每个水泥厂进行优化改进的目标。

2、水泥粉磨系统自动控制研究现状

粉磨技术发展主要历经了设备的大型化阶段和粉磨技术发展两个阶段，并且预分解窑系统不断向大型化方向发展，同时球磨机系统也向大型化方向发展。粉磨系统采用大型钢球磨机不但提高了粉磨的效率减少了设备的损耗，同时能够简化工艺流程，减少辅助设备，在一定程度上降低了产品成本。虽然大部分水泥企业都采用较先进的圈流磨系统，但由于开流磨具有自身的优点，仍然有较多水泥厂、粉磨站采用开流磨系统。在粉磨设备不断向大型化发展的同时，磨机内钢球、磨机衬板以及磨盘的耐磨性也在不断的提升，这就减少了更换钢球以及其他易磨损设备的频率，提高了设备的使用寿命，节省了成本。对水泥助磨剂的研究与使用也在不断的发展中，助磨剂的添加能够减少物料的结块以及减少物料对磨内钢球的黏糊程度，助磨剂重要的作用越来越受到重视。如何降低磨机内物料的温度也是重要的研究内容，磨机内物料的温度过高会导致物料的黏结，降低了粉磨效率，并且使部分添加剂脱水，影响水泥的质量，降低温度可以通过向球磨机喷水的方式解决，也可以采用通风系统对磨机内物料进行冷却。

除了上述发展外，水泥粉磨系统大都采用自动化喂料、仪表和计算机集散控制系统(Distribute Control System，简称DCS)控制生产过程，采用DCS进行系统的控制，整个生产过程参数，比如：风机转速、料位、喂料量、提升机电流、风压等参数以及设备运行情况均能在中控室实时的反应，操作员能够在中央控制室通过计算机实现对现场设备进行调节，一定程度上保证了粉磨系统的稳定运行。对水泥厂粉磨系统进行自动化方向的改造，不断减少操作员的手动操作，提高粉磨系统的自动化程度，提升了企业竞争力的同时能够降低企业的生产成本，具有广阔的应用前景。

二、粉磨系统工艺流程及控制方法

1、工艺流程

本控制系统研究的对象为山东水泥厂平阴线的粉磨系统，平阴水泥生产线采取的粉磨工艺为带辊压机的圈流式联合粉磨系统，系统采用了ABB公司的Control Builder F 软件进行底层的编程，现场的操作员通过上位机显示的现场设备示意图对各个粉磨系统设备参数进行操作，包括各个设备的启动停止、改变各个风机的转速、改变阀门的开度等。现场的DCS控制界面如图2所示。

图2 水泥粉磨系统上位机界面

从图2可见，整个联合粉磨系统生产线是非常复杂的，使用的设备和需要考虑的变量都是很多的，现场采用的传感器也很多，每一个传感器都能实时的将现场设备的情况反映到上位机的界面上，中控制的粉磨系统的操作员就能实时的了解到各个设备的运转状况，对需要进行调整的设备采取远程的控制。

为了便于分析粉磨系统的工艺流程，将工艺流程图简化如图3所示，

图3工艺流程简图

水泥生产常用的原材料主要有：熟料、石膏、矿渣、粉煤灰、石灰石等，这些原材料按照一定的配比混合后在入磨提升机的带动下进入到V型选粉机，V型选粉机对物料进行粗选粉，细颗粒的物料被循环风机产生的风力带入到旋风筒中，较粗的物料落入到称重仓中，称重仓也叫缓冲仓，主要用来对物料进行缓冲，使进入辊压机的物料能够平稳没有很大的冲击力，并且使物料在称重仓中能够充分的混合，缓冲之后物料从称重仓出来进入辊压机两辊间进行挤压，经过挤压大颗粒的物料被破碎成细小的颗粒，再次经过入磨提升机的带动进行循环。旋风筒也起到缓冲的作用，使细颗粒物料能够平稳的进入磨机中粉磨，经过磨机粉磨后物料由磨尾卸下，再通过出磨提升机带动下送至选粉机，合格的水泥直接在入库提升机的带动下进入水泥库保存，不合格的水泥则再次回到磨机内粉磨，形成了一个圈流粉磨系统。

根据以上的工艺分析，可以将粉磨系统分为两个相互联系的回路，第一个回路由喂料、入磨提升机、V型选粉机、称重仓、辊压机和循环风机组成的，主要就是通过辊压机的作用对物料进行一次预粉磨。第二个回路是由循环风机、旋风筒、尾卸式管球磨机、出磨提升机、选粉机组成的，通过磨机的粉磨，能够得到合格的水泥。

下面根据现场的实际生产情况，说明一下粉磨系统的控制难点。

(1)粉磨系统球磨机的工况经常发生变化，会出现饱磨、空磨等极端的磨况，而理想的状态是磨机处于最佳出力的正常工况，磨机的工作特性曲线如图4所示。