现代过程控制基础_6_水泥生产过程控制系统.pptx
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现代过程控制基础
6 水泥生产过程控制系统
信息学院·杨为民
二○一一年九月
6.1 水泥生产过程概述
6.1.1 工艺流程
水泥生产过程主要分为回转窑生产过程和机械立窑（机 立窑）生产过程。这两种生产过程所使用的工艺设备不完全 相同，但其生产工序基本相同，都是以石灰石、粘土、铁粉 等为原料，通过生料配料、生料粉磨、煅烧、熟料配料、水 泥粉磨、包装等工序生产出水泥的过程。原料进厂后经过预 处理，由化验室对原料进行化验分析，通过计算给出生料配 方，生料配料工序根据化验室给出的配方比例对生料进行配 料得到混合料，混合料通过生料磨磨成粉状入生料库，生料 经煅烧成为熟料，熟料与矿渣、矿化剂按一定比例混合后， 通过水泥磨磨成粉状入水泥库，最后经过包装出厂。
6.1.1.3 煅烧(2)
⑴ 分解炉工艺过程
分解炉是利用窑尾烟气和燃料对生料加热，使其碳 酸盐分解的工艺设备，它由上旋流室、下旋流室和分 解室构成，分解室的下部设有燃料喷嘴和料粉喂入口， 入窑空气由下旋流室进入反应室，将燃料及生料粉悬 浮，供燃料燃烧、放热，同时供生料粉分解、吸热， 然后气流携带料粉由上旋流室被引出，进入下级旋风 筒后再入回转窑。
6.1.1.3 煅烧(5)
• 分解带：物料温度继续升高到６００℃以上， 完成碳酸盐分解过程在回转窑中所占的空间叫 做分解带。分解带长度占回转窑筒体长度比例 较大，消耗热量最多。
• 放热反应带：完成固相反应过程在回转窑中所 占的空间叫做放热反应带。由于放热反应，物 料温度上升很快，使该带的物料与分解带物料 有较大温差，从窑头看去，与分解带有明暗界 限。该带长度较短，但对回转窑的操作控制起 着很重要的作用。
6.1.1.4 熟料配料
煅烧成的熟料经破碎，并加入一定比例的矿渣 和石膏，经水泥磨粉磨，就成为水泥，装入水 泥库中储存。
6.1.1.5 包装
在水泥库中的散装水泥经包装工序按每袋一定 的重量装入水泥袋中，就成为袋装水泥，可以 出厂了。
6.2 配料控制系统(1)
在水泥生产中，生料混合料的成分波动会直接给煅烧 过程带来困难进而影响水泥的产量和质量，所以说准 确地进行生料配料是保证水泥高质高产的基础。因此， 在水泥厂进行技术改造时，首先开发成功并应用最广 泛的就是生料配料微机控制系统。水泥厂生料配料的 主要原料有石灰石、粘土、铁粉、煤粉、石膏、莹石 等，分别装在６～８个料仓中，根据配料系统功能的 后，在高温作用下，进行一系列的物理 化学反应，按照不同的反应在窑内所占的空间，划分 为若干个“带”。
• 干燥带：物料温度逐渐升高到１５０℃，水份全部蒸 发的过程称为干燥过程，在回转窑中所占的空间叫做 干燥带。
• 预热带：物料温度很快升高到４５０～４６０℃，完 成粘土质原料脱水过程在回转窑中所占的空间叫做预 热带。
包装 水泥粉磨 熟料配料
煅烧 原料预均化 原料粉磨 生料配料 原料预处理
6.1.1.1 原料预处理
水泥生产的主要原料是石灰石、粘土、铁粉。原料入厂后， 首先要对它们进行处理，以使它们符合生产的需要。原料预处 理主要完成以下工作：
１ 原料石破碎
将入厂的大块状石灰石等原料破碎成符合入生料磨要求的碎 块，为配料和粉磨做好准备。
6.1.1.3 煅烧(1)
水泥煅烧过程是对水泥生料连续加热，经过一系列的 物理化学反应，使其变成熟料，再进行冷却的过程。
水泥煅烧过程是一个复杂的热工过程，有关的主要工 艺设备有分解炉、回转窑、冷却机等。生料混合料的 一部分或全部进入分解炉，完成碳酸盐的分解过程， 然后进入回转窑，与直接入回转窑的原料一起完成固 相反应和烧结反应过程后，进入冷却机骤冷，成为熟 料。
分解炉生产过程的质量标准是分解率，一般要求分 解率尽量高，影响分解率的主要参数是分解温度，分 解温度越高，分解率越高，但一般分解温度不许超过 ９５０℃，否则将使设备容易损坏。
6.1.1.3 煅烧(3)
⑵ 回转窑工艺过程
回转窑是一个倾斜放置的卧式回转圆筒，生料由圆筒 的高端（一般称为窑尾）加入，由于窑体有一定斜度且 不断旋转，物料由高端向低端（一般称为窑头）逐渐运 动，燃料和空气由窑头喷入燃烧，热空气向窑尾流动， 对物料加热，物料与高温气体相向运动，接受高温气体 和火焰传给的热量，经过一系列的物理化学变化，被煅 烧成熟料，再经冷却设备输送到窑外。燃烧用的空气由 两部分组成，一部分和燃料一起喷入窑内，叫做“一次 空气”，另一部分通过冷却机将熟料冷却，同时本身被 加热到一定温度，进入窑内，叫做“二次空气”。燃料 与空气燃烧过程中，会产生ＳＯ2、ＮＯx等气体，废气 中ＮＯx的含量与燃烧温度有关，在氧供给充足时，燃 烧温度越高，ＮＯx的含量越大。
6.1.1.3 煅烧(7)
⑶ 冷却机工艺过程
冷却机是用低温空气使高温物料骤冷的工艺设 备。有多种类型的冷却机，本课程主要介绍的 是推动蓖式冷却机（推冷机），它由蓖床、高 压风管、中压风室、拉链机等主要部分组成。 物料铺放在蓖床上，随着蓖床的往复运动向前 移动，蓖床下沿物料移动方向排列有若干个风 室，鼓风机通过高压风管、将高压空气送至各 风室，冷空气由各风室穿过蓖床和料层使物料 很快冷却到１００℃以下，同时空气本身温度 上升，并进入窑内参与燃烧。
２ 原料烘干
入厂的粘土、铁粉、煤粉等原料中水份的变化直接影响生 料混和料的成分，另外粉状物料在水份较多时容易结块，影响 配料及粉磨的顺利进行，所以要把它烘干。一般要求烘干后的 粘土水份不超过２％。
6.1.1.2 生料配料
化验室对入厂的各种原料进行化验，并计算生料配方。 生料配方的计算是根据熟料的质量要求推算生料混合 料的化学成分，再根据原材料的化学成分计算出符合 混合料化学成分的生料配方。原料工序根据配方对生 料进行配料。配好的混合料通过生料磨进行粉磨。化 验室定时对出磨生料取样化验，化验结果反馈到原料 工序，并根据它对原料配方进行调整。出磨的混合料 被送入原料库储存．并经过预均化后，就可以进行煅 烧。
6.1.1.3 煅烧(6)
• 烧成带：完成硅酸三钙的形成和烧结反应 过程在回转窑中所占的空间叫做烧成带。 烧成带温度对熟料质量影响最大，是回转 窑的自动控制中最重要的参数。
• 冷却带：熟料烧成后继续沿窑体向前移动， 温度开始下降，到窑头的这段空间叫做冷 却带。冷却带的冷却介质是来自冷却机的 二次空气。
6 水泥生产过程控制系统
信息学院·杨为民
二○一一年九月
6.1 水泥生产过程概述
6.1.1 工艺流程
水泥生产过程主要分为回转窑生产过程和机械立窑（机 立窑）生产过程。这两种生产过程所使用的工艺设备不完全 相同，但其生产工序基本相同，都是以石灰石、粘土、铁粉 等为原料，通过生料配料、生料粉磨、煅烧、熟料配料、水 泥粉磨、包装等工序生产出水泥的过程。原料进厂后经过预 处理，由化验室对原料进行化验分析，通过计算给出生料配 方，生料配料工序根据化验室给出的配方比例对生料进行配 料得到混合料，混合料通过生料磨磨成粉状入生料库，生料 经煅烧成为熟料，熟料与矿渣、矿化剂按一定比例混合后， 通过水泥磨磨成粉状入水泥库，最后经过包装出厂。
6.1.1.3 煅烧(2)
⑴ 分解炉工艺过程
分解炉是利用窑尾烟气和燃料对生料加热，使其碳 酸盐分解的工艺设备，它由上旋流室、下旋流室和分 解室构成，分解室的下部设有燃料喷嘴和料粉喂入口， 入窑空气由下旋流室进入反应室，将燃料及生料粉悬 浮，供燃料燃烧、放热，同时供生料粉分解、吸热， 然后气流携带料粉由上旋流室被引出，进入下级旋风 筒后再入回转窑。
6.1.1.3 煅烧(5)
• 分解带：物料温度继续升高到６００℃以上， 完成碳酸盐分解过程在回转窑中所占的空间叫 做分解带。分解带长度占回转窑筒体长度比例 较大，消耗热量最多。
• 放热反应带：完成固相反应过程在回转窑中所 占的空间叫做放热反应带。由于放热反应，物 料温度上升很快，使该带的物料与分解带物料 有较大温差，从窑头看去，与分解带有明暗界 限。该带长度较短，但对回转窑的操作控制起 着很重要的作用。
6.1.1.4 熟料配料
煅烧成的熟料经破碎，并加入一定比例的矿渣 和石膏，经水泥磨粉磨，就成为水泥，装入水 泥库中储存。
6.1.1.5 包装
在水泥库中的散装水泥经包装工序按每袋一定 的重量装入水泥袋中，就成为袋装水泥，可以 出厂了。
6.2 配料控制系统(1)
在水泥生产中，生料混合料的成分波动会直接给煅烧 过程带来困难进而影响水泥的产量和质量，所以说准 确地进行生料配料是保证水泥高质高产的基础。因此， 在水泥厂进行技术改造时，首先开发成功并应用最广 泛的就是生料配料微机控制系统。水泥厂生料配料的 主要原料有石灰石、粘土、铁粉、煤粉、石膏、莹石 等，分别装在６～８个料仓中，根据配料系统功能的 后，在高温作用下，进行一系列的物理 化学反应，按照不同的反应在窑内所占的空间，划分 为若干个“带”。
• 干燥带：物料温度逐渐升高到１５０℃，水份全部蒸 发的过程称为干燥过程，在回转窑中所占的空间叫做 干燥带。
• 预热带：物料温度很快升高到４５０～４６０℃，完 成粘土质原料脱水过程在回转窑中所占的空间叫做预 热带。
包装 水泥粉磨 熟料配料
煅烧 原料预均化 原料粉磨 生料配料 原料预处理
6.1.1.1 原料预处理
水泥生产的主要原料是石灰石、粘土、铁粉。原料入厂后， 首先要对它们进行处理，以使它们符合生产的需要。原料预处 理主要完成以下工作：
１ 原料石破碎
将入厂的大块状石灰石等原料破碎成符合入生料磨要求的碎 块，为配料和粉磨做好准备。
6.1.1.3 煅烧(1)
水泥煅烧过程是对水泥生料连续加热，经过一系列的 物理化学反应，使其变成熟料，再进行冷却的过程。
水泥煅烧过程是一个复杂的热工过程，有关的主要工 艺设备有分解炉、回转窑、冷却机等。生料混合料的 一部分或全部进入分解炉，完成碳酸盐的分解过程， 然后进入回转窑，与直接入回转窑的原料一起完成固 相反应和烧结反应过程后，进入冷却机骤冷，成为熟 料。
分解炉生产过程的质量标准是分解率，一般要求分 解率尽量高，影响分解率的主要参数是分解温度，分 解温度越高，分解率越高，但一般分解温度不许超过 ９５０℃，否则将使设备容易损坏。
6.1.1.3 煅烧(3)
⑵ 回转窑工艺过程
回转窑是一个倾斜放置的卧式回转圆筒，生料由圆筒 的高端（一般称为窑尾）加入，由于窑体有一定斜度且 不断旋转，物料由高端向低端（一般称为窑头）逐渐运 动，燃料和空气由窑头喷入燃烧，热空气向窑尾流动， 对物料加热，物料与高温气体相向运动，接受高温气体 和火焰传给的热量，经过一系列的物理化学变化，被煅 烧成熟料，再经冷却设备输送到窑外。燃烧用的空气由 两部分组成，一部分和燃料一起喷入窑内，叫做“一次 空气”，另一部分通过冷却机将熟料冷却，同时本身被 加热到一定温度，进入窑内，叫做“二次空气”。燃料 与空气燃烧过程中，会产生ＳＯ2、ＮＯx等气体，废气 中ＮＯx的含量与燃烧温度有关，在氧供给充足时，燃 烧温度越高，ＮＯx的含量越大。
6.1.1.3 煅烧(7)
⑶ 冷却机工艺过程
冷却机是用低温空气使高温物料骤冷的工艺设 备。有多种类型的冷却机，本课程主要介绍的 是推动蓖式冷却机（推冷机），它由蓖床、高 压风管、中压风室、拉链机等主要部分组成。 物料铺放在蓖床上，随着蓖床的往复运动向前 移动，蓖床下沿物料移动方向排列有若干个风 室，鼓风机通过高压风管、将高压空气送至各 风室，冷空气由各风室穿过蓖床和料层使物料 很快冷却到１００℃以下，同时空气本身温度 上升，并进入窑内参与燃烧。
２ 原料烘干
入厂的粘土、铁粉、煤粉等原料中水份的变化直接影响生 料混和料的成分，另外粉状物料在水份较多时容易结块，影响 配料及粉磨的顺利进行，所以要把它烘干。一般要求烘干后的 粘土水份不超过２％。
6.1.1.2 生料配料
化验室对入厂的各种原料进行化验，并计算生料配方。 生料配方的计算是根据熟料的质量要求推算生料混合 料的化学成分，再根据原材料的化学成分计算出符合 混合料化学成分的生料配方。原料工序根据配方对生 料进行配料。配好的混合料通过生料磨进行粉磨。化 验室定时对出磨生料取样化验，化验结果反馈到原料 工序，并根据它对原料配方进行调整。出磨的混合料 被送入原料库储存．并经过预均化后，就可以进行煅 烧。
6.1.1.3 煅烧(6)
• 烧成带：完成硅酸三钙的形成和烧结反应 过程在回转窑中所占的空间叫做烧成带。 烧成带温度对熟料质量影响最大，是回转 窑的自动控制中最重要的参数。
• 冷却带：熟料烧成后继续沿窑体向前移动， 温度开始下降，到窑头的这段空间叫做冷 却带。冷却带的冷却介质是来自冷却机的 二次空气。