最新回转窑自动控制系统

回转窑自动控制系统

氧化铝回转窑自动控制系统

高怀中

摘要介绍了氧化铝回转窑烧成过程的图像测温，实时专家控制系统、熟料质量在线检测系统、筒体温度在线检测系统的应用，论述各个环节的控制原理和功能。

关键词回转窑专家系统图像测温熟料检测

1 引言

氧化铝熟料烧成过程是在长达近百米的回转(熟料) 窑中完成的, 是非常复杂的物理化学反应过程, 特点是时变、强非线性、大滞后、大惯性、多干扰, 且难以建立其数学模型, 因此, 采用传统的控制技术难以获得满意的效果, 回转窑的自动控制问题已成为公认的难题。

2 工艺描述

生料浆由隔膜泵输送到喷枪，由窑尾喷入窑内；原煤通过给煤机输送到中速磨煤机制成煤粉，煤粉经转子秤由罗茨风机喷入窑内，做为烧成用的燃料，生料浆在烧成带高温下发生化学反应，生成熟料，熟料经过冷却机冷却，中碎破碎机破碎后，由中碎输送系统送入熟料仓，窑尾烟气经过静电除尘器收尘后，烟气由烟囱排空。窑灰经刮板输送机由富勒泵送入窑尾。

2.1 烧成工序工艺流程图：

喷枪

生料浆

隔膜泵

原煤 给煤机

磨煤机

煤粉

转子秤 罗茨风

窑 头 小 车

给 煤 Vm

鼓 风 机

下 料 口 熟 料

冷 却 机 电 流 I L

主 机 电 流 I M

窑 头 温 度T h

烧 结 带 温 度 Ts 窑 体 转 速 Vt

生 料 浆L

排 烟 机K h

2.2 烧成工序系统图

视频分析仪安装在冷却机出料口处，摄取冷却后熟料流动的视频图像，并进行分析。

3 回转窑专家控制系统：

回转窑专家控制系统采用先进的火焰图像处理技术，检测窑内火焰温度；融合了专业“看火”操作人员

回转窑

+26.800

旋风收尘器

冷却机

+16.600

±0.000

+10.800

视频分析仪位置

的操作经验，可在复杂生产条件下，对回转窑烧结温度进行自动控制，使得窑烧结温度保持稳定，从而保持生产的稳定和高效。

目前，国内各氧化铝生产企业的30多条回转窑生产线均已实现片区控制室操作，但窑内烧结带温度的控制，大都还是采用操作员在主控室通过监视器监控火焰情况，进行手动调节。一个经验丰富的看火主操对于窑的稳定操作起到了至关重要的作用，而培养这样一个看火主操需要3到4年的实践操作，看火主操的技术能力势必会影响回转窑在以后生产中的整体生产能力。在另一方面，回转窑属于大型热工设备，结构复杂，系统一直处于一个动态变化过程中，随着外部配料等客观条件的变化，对回转窑看火的控制要求也越来越高。

氧化铝回转窑专家控制系统可以将以前单一的“人工操作”模式，改变为正常工况下以计算机控制为主，异常工况下以人工控制为主的“人工－计算机复合操作”模式。复合操作模式降低人工劳动强度、减少了操作波动，保证熟料烧结过程的稳定、高效，提高窑前自动化水平。系统的整体组成如下图所示：

回转窑熟料烧结是氧化铝的关键生产环节，烧结带温度的控制将直接影响熟料生产的稳定和高效。在前后工艺条件变化的情况下，保证回转窑内烧结温度的稳定，关系到生产的稳定运行及熟料质量和产量的提高。现场恶劣环境和回转窑体的特殊结构，使得窑内烧结温度的检测非常困难。常用的热电偶和光纤比色测温方法都不能长期有效地在回转窑上进行应用。这就只能采用人工看火的方法进行喂煤操作。但回转窑烧结温度的控制，大都还是采用操作员在控室通过电视监控设备观察窑内火焰情况，进行手动给煤操作。窑内热工状况的波动，常造成低温跑黄料，高温烧穿窑皮，窑内结球等不良生产问题，这些都不利于窑运行周期、熟料质量和产量的提高。考虑到回转窑只是烧结工艺流程中的众多环节之一，若想对其实施较好的控制，还需要对影响烧结温度的现场因素有一个正确、完备的分析。影响烧结温度的因素有以下几个：

3.1 生料成份和喂料量

不同的料浆成份有着不同的烧结特性。例如对于钙比较高的生料，需要较高的烧结温度，燃煤喂入量的波动幅度较大；另一方面，正常情况下喂料量的多少决定了给煤量的大小。来料量的波动会直接影响到窑内料层分布的均匀性，并且由于窑体长度具有较大的滞后性(生料从窑尾走到烧结

带需15－30分钟左右)，这样就较难把握加减喂煤量的时机，易造成烧结温度的波动。

3.2 回转窑窑内物理结构的变化

回转窑内物理结构的变化，对烧结温度的控制也有着不可忽视的影响。这里窑内的物理结构是指窑内耐火砖的损耗情况、窑皮的薄厚以及窑内前圈后圈的位置和高度。前两项因素影响烧结温度的设定，后两项影响到窑内烧结带火焰的位置和燃烧空间的大小。对于不同的物理结构往往采用不同的控制模式，有些情况下，只有经验丰富的师傅才能控制。

3.3 现场操作过程中的限制条件

如果不能对窑内火焰的燃烧状况作出正确估计，在喂煤过多的情况下，容易造成燃烧不充分，俗称“跑煤”。另外现场静电除尘器的入口温度和出口温度对烧结温度的控制也有一定的要求。

回转窑烧结温度是一个受多个因素影响的复杂系统，类似于这样工业现场复杂的大型生产过程，往往具有强烈的非线性、时变性和不确定性，虽然无法获得精确的数学模型，难以用传统的控制理论设计出有效的控制器来对其实现精确控制。

综合上述分析，回转窑烧结是一个受多因素影响的复杂生产过程。它需要丰富的人工操作经验和很强的责任心才能

保证生产的稳定、高效运行。在此被控对象上建立稳定的闭环喂煤控制，需要极高的自控技术水平。

4 窑前专用控制技术：

是基于国际先进图像处理产品的技术实施。

4.1采用AccelerEyes公司的一流的GPU引擎软件包，利用GPU提升处理速度，达到窑前实时性要求。

4.2采用美国Nvidia 公司的CUBA ，HALCON GPU算法软件包

进行算法开发。

4.3采用美国 Mathworks公司的 Image Process Toolbooks 图像处理算法库实现动态窑内火焰图像和熟料分析的功能开发。

5 控制系统的主要功能：

5.1 烧结带温度智能检测系统：

采用火焰图像模式识别和多传感器信息融合技术，实时测量回转窑窑内烧结带温度，同时分析8个位置的火焰点温度，比色测量一个位置的烧结带温度，克服窑内烟雾、火焰位置变化等干扰，准确检测烧成带火焰温度，经火焰图像处理系统以实时曲线的形式绘制到控制工作站，火焰视频信号显示在工业监视器，供操作员进行监控。