（控制理论与控制工程专业论文）粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to fr e q u i r e m e n t f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a a p r i l1 0 ，2 0 1 0 的指导下，独 外，本论文不 。对本文的研 标明。本人完 同2 f 日 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：至盈! 塞呈 导师签名 济南大学硕十学位论文 目录 目录i 摘要i i i a b s t r a c t 、f 第一章绪论1 1 1 主要原料粉煤灰的使用状况分析一1 1 2 加气砼生产过程控制国内外发展现状1 1 2 1 国内发展及研究现状2 1 2 2 国外发展及研究现状3 1 3 课题来源及论文主要内容3 1 3 1 课题来源3 1 3 2 论文主要研究内容一3 1 4 本章小结4 第二章加气砼生产过程工艺介绍5 2 1 配料工段工艺简介5 2 2 制浆工段工艺简介一6 2 3 浇注工段工艺简介7 2 3 1 浇注发气过程一7 2 3 2 浇注过程的主要控制量8 2 4 养护环节工艺简介8 2 5 加气砼生产控制难点9 2 6 本章小结1 0 第三章模糊p i d 控制算法在加气砼生产过程中的应用1 1 3 1p i d 控制算法原理1 1 3 2p i d 参数整定方法一1 2 3 3 常规p i d 算法存在的问题1 3 3 4 模糊p i d 控制概述1 4 3 4 1 模糊控制理论基本原理1 4 3 4 2 模糊控制理论中的基本概念1 5 3 4 3 模糊控制器的设计一1 7 3 5 加气砼配料过程的模糊p i d 控制1 7 3 5 1 配料系统的控制及计量原理1 8 3 5 2 控制方案选择1 9 3 5 3 仿真结果及实现2 8 3 6 制浆环节控制3 0 3 6 1 制浆控制过程分析一3 0 3 6 2 参数的选择3 1 i 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 3 7 浇注温度控制模糊p i d 设计方案3 1 3 8 本章小结3 3 第四章加气砼生产过程控制在d c s 中的实现3 5 4 1 加气砼d c s 控制系统简介3 5 4 1 1d c s 简介3 5 4 1 2d c s 控制系统的整体设计。3 6 4 2 模糊p i d 控制算法在d c s 中的应用3 9 4 3o p c 接口技术概述4 1 4 3 1 计算机设置4 2 4 3 2 客户端程序设置4 2 4 4 本章小结4 2 第五章加气砼新型清洁生产模型及技术研究4 3 5 1 加气砼生产粉尘形成原因分析4 3 5 2 现有除法方法及其弊端4 4 5 3 加气砼清洁生产目标4 5 5 4 粉煤灰加气砼新型湿法清洁生产模型的建立4 5 5 5 新型湿法清洁生产模型原理4 6 5 6 除尘效果分析。4 8 5 7 本章小结4 8 第六章总结与展望4 9 6 1 论文全文总结4 9 6 2 研究展望一4 9 参考文献5 1 致谢5 5 附录攻读硕士学位期间完成的论文及参与的科研项目5 7 发表的学术论文5 7 作者攻读硕士学位期间参加的科研工作5 7 儿 济南大学硕十学位论文 皇皇詈曼! 竺暑鼍詈詈詈詈! 詈! 詈詈詈詈詈! 詈詈詈詈暑詈詈詈! 曼! 詈鼍! 詈鼍i i 一一 i 一 一 一 i ! ! 詈苎詈曼 摘要 加气砼的生产过程包括配料粉磨、制浆、浇注和蒸压养护四个环节，各环节紧密 联系，相互影响，任一环节出现问题都会影响整个生产过程及成品性能。其中配料粉 磨和制浆浇注都是关键环节，直接影响产品质量和合格率，所以很有必要改进这两个 环节的生产过程自动化程度，对其进行优化控制，以提高产品质量和原材料利用率， 同时实现降低能耗，减少环境二次污染。 配料过程中计量的准确度是加气砼生产过程控制的难点之一。本文针对配料工段 目前普遍存在计量不准确，物料配比不能满足要求的问题，并结合该工段的工艺特点， 提出一种采用双闭环比值控制系统来实现石灰和石膏两种物料的配比，并用模糊控制 算法对p i d 参数进行整定，实现p i d 参数的在线调整。模糊控制器采用双输入三输 出型式。该模糊控制算法通过找出p i d 控制器的三个参数，局、肠与误差e 和误 差变化率之间的模糊关系，并在系统运行过程中不断检测e 和e c ，根据检测结果 制定相应的模糊规则进行调整，来满足不同偏差和偏差变化率对三个参数的不同要 求，使其符合控制对象的变化。使用该模糊p i d 控制方法对p i d 参数进行整定后， 系统在响应速度、抑制超调等方面都要优于常规p i d 。试验结果表明，该系统能够适 时准确地调整p i d 参数，从而调整原料配比，提高胶结料质量。 生产加气砼的主要原料粉煤灰是燃煤火力发电厂的废弃排放物，所以加气砼生产 是一种废物利用的循环经济。然而，由于加气砼生产所需原料煤粉灰、散装水泥、石 膏粉和石灰等多为粉状物，这些物料在生产过程中的处理量相当大，运输环节多，故 而会向大气排放粉尘、烟尘和颗粒状污染物，这样虽然达到了对电厂排放物粉煤灰废 物利用的目的，却又会对环境形成二次污染。二次污染物主要来源是物料破碎、原料 提升、粉磨以及传送带传送物料等工段产生的粉尘类物质污染。本文针对加气砼生产 性粉尘对环境二次污染的问题，提出一套新型粉煤灰加气砼清洁生产方案，并建立了 清洁生产模型，该方案能提高原材料利用率并能实现清洁生产的目的。该清洁生产方 案也适用于水泥行业以及其它粉尘性污染行业的清洁生产。 本文结合内蒙某加气砼厂d c s 控制系统的实际使用情况，将模糊p i d 控制算法 通过o p c 接口与集散控制系统进行数据通讯。强调并采用了模块化结构，增强了算 法的通用性和可移植性，降低了企业成本。本课题提出的控制方案对提高产品合格率， 1 1 1 粉煤灰加气砼生产过程控制戍用研究 提高自动化生产水平和设备利用率，降低能耗，减少环境二次污染，实现资源综合利 用和提高生产效率有良好的控制效果。 关键词：加气砼；模糊p i d ；配料；比值控制；清洁生产 济南大学硕十学位论文 a b s t r a c t t h ep r o d u c t i o no fa e r a t e dc o n c r e t eb a t c h i n gp r o c e s si n c l u d e sf o u rl i n k s ，m a t e r i a l p r o p o r t i o n i n gg r i n d i n g ，p u l p i n g ，p o u t i n ga n da u t o c l a v e dc o n s e r v a t i o n a l lt h e s es e c t o r s l i n kc o s e l ya n di n f l u e n c ee a c ho t h e r a n yp r o b l e m si nt h e s el i n k sw i l l a f f e c tt h e p r o d u c t i o np r o c e s sa n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h et h ef i n a lp r o d u c t e s p e c i a l l yt h eg r i n d i n g a n dp u l p i n gp r o c e s s e sa r et h ek e yl i n k si nt h ew h o l ep r o d u c t i o np r o c e s sw h i c hd i r e c t l y i m p a c to nt h ep r o d u c tq u a l i t ya n dt h ep a s sr a t eo ft h ef i n a lp r o d u c t t h e r e f o r ei ti sv e r y n e c e s s a r yt oi m p r o v et h ep r o c e s sa u t o m a t i o nd e g r e ea n do p t i m a lt h ec o n t r o lp r o c e s sf o r t h e s et w ol i n k s b yd o i n gt h e s et h i n g s ，w ec a ni m p r o v et h ep r o d u c t q u a l i t ya n dt h em a t e r i a l u t i l i z a t i o nr a t i o ，a n dr e a l i z er e d u c i n gt h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dd e c r e a s i n gt h es e c o n d a r y e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h ea c c u r a t em e a s m e n to ft h em a t e r i a lp r o p o r t i o n i n gp r o c e s si so n eo ft h ed i f f i c u l t t a s ki na e r a t e dc o n c r e t ep r o d u c t i o np r o c e s s i nt h i sp a p e r ，w ea i ma tc o m m o n l ye x i s t i n g p r o b l e m ，t h ei n a c c u r a t em e a s u r e m e n ta n dt h er a t i oo f m a t e r i a l sc a nn o tm e e tt h e r e q u i r e m e n t s i na e r a t e dc o n c r e t e i n g r e d i e n tp r o c e s s ，c o m b i n e dw i t h i t s t e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i c s ，p r o p o s e dad o u b l ec l o s e d - l o o pc o n t r o ls y s t e mt oa c h i e v et h er a t i oo ft h e t w ok i n d so fm a t e r i a l s ：l i m ea n dg y p s u m u s i n gt h ec o n t r o lm e t h o do ff u z z yl o g i cc o n t r o l t ot u l l et h ep i dp a r a m e t e r sa n da c h i e v i n go n - l i n et u n i n gp i dp a r a m e t e r si nt h ei n g r e d i e n t m i x i n gp r o c e s s t h ef u z z yl o g i cc o n t r o l l e ra d o p t sd o u b l ei n p u t sa n dt h r e eo u t p u t sp a t t e r n s t h i sa l g o r i t h mf o r m u l a t et h ef u z z ya d j u s tr u l e sb yi d e n t i f y i n gt h ef u z z yr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h et h r e ep a r a m e t e r s ，k pk i k da n di t s je r r o rea n de r r o rc h a n g er a t ee ct om e e tt h e d i f f e r e n tq u i r e m e n t so fe r r o rea n de r r o rc h a n g er a t ee cr a t e l e t t i n gt h ec o n t r o l l e rs y s t e mt o s a t i s e f i e dt h ec h a n g e dc o n t r o lo b j e c t b yu s i n gt h i sm e a n ，t h es y s t e m sr e s p o n s i n gs p e e d a n dt h ea b i l i t yo fr e d u c i n go v e r s h o ti si m p r o v e dg r e a t l yt h a nt h ec o n v e n t i o n a lp i d t e s t i n g r e s u l ts h o wt h a tt h es y s t e mc a na d j u s tt h ep i dp a r a m e t e r so n l i n e a c c u r a t e l ya n d t i m e l y t h u sc a na d j u s tt h em a t e r i a lp r o p o r t i o na n di m p r o v et h ec e m e n t i n gm a t e r i a l q u a l i t y t h em a i nm a t e r i a lo fa e r a t e dc o n c r e t ei st h ea b a n d o n e de m i s s i o n so ft h ec o a l f i r e d p o w e rp l a n t t h e r e f o r e ，t h ep r o d u c t i o no f a e r a t e dc o n c r e t ei sak i n do f r e c y c l i n ge c o n o m y b yu s i n gt h ew a s t ee m i s s i o n s h o w e v e r ，a st h el a wm a t e r i a l sn e e d e df o rt h ep r o d u c t i o no f a e r a t e dc o n c r e t ea r em o s t l yp o w e rm a t e r i a l s ，s u c ha sc o a la s h ，b u l kc e m e n t ，g y p s u m p o w d e ra n dl i m ep o w d e r , e t c t h eh a n d l i n ga m o u to ft h e s em a t e r i a l sa r el a r g e l yi nt h e v 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 p r o d u c t i o np r o c e s s a n da l s ot h e r ea l es om a n yt r a n s p o r tl i n k si nt h ep r o d u c tp r o c e s s s o t h ep r o c e s sw i l le m i s s i o nt h ep o w e rd u s ti n t ot h ea t m o s p h e r e a l t h o u g hi tc a nr e a l i z e t a k i n gu s eo ft h ef l ya s h ，t h ee m i s s i o n so fp o w e rp l a n ta n da c h i e v er e c y c l i n gp u r p o s e ，i t r e s u l t e dt h es e c o n d a r yp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t t h er e s o u r e so ft h es e c o n dp o l l u t i o n c o m ef r o mt h ep o w e rd u s to ft h em a t e r i a lc r u s h i n g ，m a t e r i a ll i f t i n g ，g r i n d i n ga n dm a t e r i a l t r a n s p o r t i n gb yb e l t ，a n ds oo n t h i sp a p e ri nv i e wo f t h ep r o b l e mo ft h es e c o n dp o l l u t i o n b r i n gb yt h ep r o d u c tp o w e ro fa e r a t e dc o n c r e t e ，p r o p o s e dan e wt y p eo fc l e a n e r p r o d u c t i o np r o g r a mw h i c ks u i t sf o rt h ef l ya s ha e r a t e dc o n c r e t e a n db u i l dt h ec l e a n e r p r o d u c tm o d e l t h es c h e m ec a ni m p r o v et h eu t i l i z a t i o no fr a wm a t e r i a l sa n dt oa c h i e v et h e p u r p o s eo fc l e a np r o d u c t i o n t h ec l e a n e rp r o d u c t i o ns c h e m ea l s oa p p l i e st ot h ec l e a n p r o d u c t i o no ft h ec e m e n ti n d u s t r ya n do t h e rs e c t o r so fp o w e rd u s tp o l l u t i o n t h i sp a p e rc o m b i n e dt h ef i e l d a p p l i c a t i o nc o n t r o ls y s t e mo fd c s i na na e r a t e d c o n c r e t ef a c t o r yi nn e i m e n g ，t h ea l g o r i t h mo ff u z z yp i dc o n t r o l l e rc o m m u n i c a t e s 晰t 1 1t h e d c sc o n t r o ls y s t e mb yt h eo p ci n t e r f a c e t h i sp r o j e c te m p h a s i z e da n da c t u a l i z e dt h e m o d u l a r i z a t i o n ，a n de n h a n c e dt h eu n i v e r s a l i t yt r a n s p l a n t a t i o nw h i l er e d u c e dt h ec o s to ft h e e n t e r p r i s e s t h es c h e m ep r o v i d e di nt h i sp a p e rc a ni m p r o v et h ep r o d u c tq u a l i f i e dr a t e ， i m p r o v et h ea u t o m a t i o nl e v e lo fp r o d u c t i o na n de q u i p m e n tu t i l i z a t i o n ，r e d u c ee n e r g y 济南大学硕十学位论文 皇! ! 皇詈! ! 詈詈! 皇曼皇曼! 鼍詈! 詈鼍詈! ! ! ! ! ! ! 曼詈暑詈! ! 詈! 詈! 詈! 曼! 皇! 詈! ! 鼍詈皇曼鼍鼍詈鼍皇鼍皇苎詈! ! 皇詈皇! 詈曼! ! 曼詈! 詈基 第一章绪论 加气砼是一种以燃煤火力发电厂的排放物粉煤灰为主要原料的一种新型绿色环 保建筑材料，它的突出特点是轻质、利废、保温、节能、隔音性能好，尤其是密度轻、 保温性能好，对于减少建筑物自重，实现墙体改革，降低建筑物能耗，保护土地，有 效利用资源，综合治理环境污染，具有特别重要的意义【l 】。是目前大力推广的优质新 型墙体材料。 随着我国人口数量不断地增长，建筑业的发展壮大正在不断地加快增长，传统的 引以为自豪的“秦砖汉瓦”由于其高耗能、高污染以及大量使用日趋减少的土地资源， 已经让我们背负了沉重的代价能源危机、环境污染和破坏土地资源。目前我国房 屋建筑材料大约7 0 是墙体材料，耗费粘土砖近7 0 0 亿块，挖土大约1 4 亿立方米，折 合相当于每年毁m 8 万公顷左右，生产耗能约合原煤6 0 0 万吨左右【2 】。如此高耗能高污 染，再加上传统粘土砖保温性能差等诸多问题，近年来已逐渐被限制使用。 用加气砼砌块代替粘土砖，不仅可以节约大量土地和粘土资源，降低能耗，而且由于 其自身的气孔结构，具有保温隔热的效果，还可以有效减少建筑物自重，更可以有效 利用和处理大量工业废弃物粉煤灰。达到减少环境污染，改善建筑结构的功能，促使 我国建材行业和建筑产业加速发展、进步，完成产业结构调整，实现转变经济增长方 式的目的，具有显著的经济和社会效益。 1 1 主要原料粉煤灰的使用状况分析 目前我国粉煤灰排放量大约2 亿吨年，伴随着新建和扩建火力发电厂的增加， 预计今后粉煤灰排放量还会增加。再加上逐年累积未利用的粉煤灰，总储量已经超过 6 亿吨【3 1 。这不仅造成了环境污染，而且堆积煤灰占用了大量的土地。部分地区，比 如南京、上海等地，粉煤灰利用率已经在逐年提高，然而还是有相当一部分地区粉煤 灰没有达到合理使用。 1 2 加气砼生产过程控制国内外发展现状 近年来人们不断对加气砼生产工艺和使用设备进行优化和改进，自动控制技 术的应用在其中发挥了越来越重要的作用，它的广泛使用对稳定生产过程，提高产品 质量，增加产量，降低单位能耗，节约生产成本，提高设备利用率和劳动生产率，降 低劳动强度等方面有显著的提高，很大程度上保证了企业提高经济效益。 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 加气砼生产自动化的目的大体有两个：一是降低生产成本，二是提高产品质量。 只有通过提高自动化应用水平，实现仪表化、智能化和计算机控制，才能提高产品质 量和降低生产成本【3 】。经过四五十年的发展，自动控制先后经历了从简单仪表指示到 自动调节，从集中控制系统到集散控制系统，从单一的生产过程控制到管理控制一体 化的不断发展和完善的过程。 加气砼生产自动控制与过程优化是加气砼企业增产增收、节能降耗的关键。生产 过程伴随复杂的物理、化学反应，各环节均为多变量、时变、非线性、时滞环节，这 对生产过程的建模分析、优化控制都带了极大的困难。为此，国内外众多学者进行了 大量相关研究。 1 2 1 国内发展及研究现状 随着我国墙体改革政策的逐步实施和完善，加气砼生产行业的快速发展将是一个 不争的事实。但就目前的发展状况而言，形势还是不能令人满意的。主要表现为自动 化发展水平不够高，而且不均衡，生产格局呈两极分化的趋势。生产控制水平大体分 为如下三个层次： 第一层次，手动操作方式：各监测环节采用常规分散仪表采集生产过程监控所需 的数据及性能指标，根据采集数据总结出控制要求，由操作人员人工现场操作和调节 主要设备和参数。在这种控制方式下，完全由工人根据经验现场操作调控，工艺参数 得不到可靠合理保证，产品质量也就难以保证了。操作工人的劳动强度很大，主要设 备和生产装置不能保证工作在最佳状态，各生产工序难以稳定运行，产品质量波动很 大，合格率低，大大制约了市场竞争力。 第二层次，半自动控制方式：此模式通过数据采集器等来采集局部过程量送入 操作控制室，在控制室设有工艺模拟显示屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示过程 参数、电机及阀门运行状态，对生产过程进行监控，控制室操作人员可在模拟屏或操 作台上遥控操纵部分设备的启停，而另一些设备控制就要联系现场操作人员进行手动 控制，生产中的数据信息需人工记录。这种方式，需要人工频繁介入，中间可能存在 人为联络的不及时等，使砌块最终质量会有较大的波动，且工人的劳动强度也较大。 第三层次，全自动控制方式：应用计算机控制技术与多层次的网络结构对加气砼 生产全过程进行无人值守全自动化控制。生产过程中的各种信号和数据通过相应的测 量变送器送入下位机，监控结果在上位机显示，如此实现对现场设备的实时控制。这 2 济南大学硕士学位论文 种控制方式是自控技术的发展方向，并在目前相关领域已经有所成就。 1 2 2 国外发展及研究现状 加气砼最早出现在捷克。此后，1 9 2 9 年在瑞典伊通公司采用蒸压釜养护技术建 成了第一座加气混凝土厂 4 1 。经过了半个多世纪的发展，特别是在第二次世界大战以 后，加气砼的发展更为迅速。 1 9 5 0 年，全世界加气砼的产量仅为1 0 0 0 万立方米，而目前产量己达到4 5 0 0 5 0 0 0 万立方米。生产加气砼的国家也从最初只有欧洲等少数国家发展到目前遍及世界五大 洲的1 0 0 多个国家，分布范围包括寒带、温带和热带各种气候条件的地区【5 1 。 在国外，加气砼发展较早，经过长时间经验的积累，控制理论以及控制技术的使 用已经基本成熟，生产规模大，自动化程度高，生产成品合格率高，但由于使用高端 的生产设备和控制技术，其成本也相对较高。目前，国外加气砼技术最成熟的是集散 控制( d c s ) 技术【6 1 。 国外由于很早就对环境保护有足够的认识和举措，并且有与其配套的立法保障和 国家机构介入管理，所以加气砼的研究和发展要远高于我国。美国、英国、日本、法 国等在生产线设计中引入了最新的科技成果7 】【8 】【9 1 ，取得了相当可观的经济效益，他 们的自动化水平高，系统可升级能力强，生产线稳定性好。但国内投资者引进国外的 生产线，需要有足够的资本和实力。一般中小规模投产和经营没有足够的承受能力来 引进如此大额消费的生产设备。因此，在国内自动控制有很广阔的发展的空间，能设 计符合中小规模投产的加气砼生产线有十分广泛的应用前景。 1 3 课题来源及论文主要内容 1 3 1 课题来源 本论文研究课题来源于山东省资源节约型社会科技支撑体系建设专项计划项目 ( 项目编号：2 0 0 7 j y l 7 ) 和山东省科技发展计划项目( 项目编号：2 0 0 6 g g 3 2 0 4 0 0 5 ) ， 针对目前粉煤灰加气砼生产自动化程度不高和现有粉煤灰加气砼生产过程中生产性 粉尘对环境二次污染的问题，提出了一套适合于粉煤灰加气砼生产的自动化程度高的 d c s 控制方案，并提出一套与生产工艺完全优化配套又减少环境二次的新型成型设备 系统。 1 3 2 论文主要研究内容 本课题结合内蒙金信环保有限公司加气砼3 0 万立方米加气砼、1 0 0 0 0 块蒸压粉煤 3 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 灰砖生产线自动控制系统d c s 项目进行分析研究，该项目的生产线d c s 系统于2 0 0 8 年启动，2 0 0 9 年1 月已经正式投产。试运行过程中发现配料精度不能满足要求，经分 析和研究发现导致物料配比不准确的原因是系统的皮带秤、螺旋秤及与其配套的传感 器等设备本身的精度并不高，且在恶劣环境下抗干扰能力差，致使物料配比不能满足 要求。更换高精度和高性能的进口设备是一个解决办法，可是进口设备的价格要远高 于国产设备，这样一来，生产成本就会加大，不利于市场竞争。于是我们想到了使用 控制算法对现有系统和设备进行较正和调节。使用p i d 控制对该配料系统进行调节， 情况有所改善，但是其p i d 参数需人工离线整定后输入控制系统，不能实现根据具体 情况在线调节参数。此外，发现在提升机提升物料、球磨机研磨物料以及粉煤灰的输 送等环节都会产生大量粉尘，造成对环境的二次污染。 本文针对上述生产过程中存在的问题，在充分分析加气砼生产各环节工艺特点、 系统结构和工作机理的基础上，设计了一套可靠的d c s 系统，对配料工段的计量不 准确问题，根据现场调节参数信息反馈和实际的操作经验，结合理论调节规则，对 p i d 参数进行在线实时调整，总结出一套实用的调节规则，设计了模糊p i d 控制器， 对控制系统建立仿真模型并进行仿真试验；对生产过程造成的二次污染，经与资深专 家和现场操作人员联合分析，提出一套新型粉煤灰加气砼清洁生产方案，建立了清洁 生产模型。 济南大学硕士学位论文 詈! 苎! ! ! 詈! ! 詈! ! ! ! ! 曼! ! 詈! ! ! ! ! 詈! 皇! ! ! ! 詈詈鼍曼! 詈曼詈詈苎! ! i i i ! ! 鼍! ! 皇! 詈! ! 詈詈詈詈詈! 詈詈詈詈! ! ! ! 詈詈詈! ! 詈! 暑 第二章加气砼生产过程工艺介绍 加气砼生产过程包括配料粉磨、制浆浇注和蒸压养护等环节。各环节联系密切， 任一环节出现问题，都会导致产品不合格或成品报废。所以要对每一个环节加以严格 控制。 2 1 配料工段工艺简介 配料即把右灰、石膏以一定比例混合形成胶结料，是加气砼生产的第一个环节， 原料的准确配比对加气砼砌块、加气砼板的硬度、强度、保温隔热性、隔音效果、耐 火性、耐久性、承载性、渗水性和抗震抗冻性都有相当大的关系。一定程度上说，原 料搭配情况是决定产品优良、性能好坏的根本因素，它直接影响其产品在市场上应用 的情况。图2 1 为加气砼配料工段工艺流程图。 图2 1 胶结料配制工艺流程图 系统启动成功后，给破碎机加石灰或石膏进行初破，经提升机提升至石灰库或石 膏库贮存，它们配比的量由各自原料库下方的皮带秤来计量，混合好的两种物料需经 球磨机进一步细化研磨，形成适合生产使用的粒度。然后再经提升机提升至胶结料库 备用。 在这一过程中为了使破碎过程产生的粉尘不污染环境，在破碎机上需要安装一收 尘器来对尘埃进行处理。从破碎机出来的石灰粉或石膏粉通过提升机进入三通阀，三 通阀通过调节左通或右通线圈的吸合状态控制来料注入石灰库还是石膏库。具体表现 为：系统启动时就保持在三通阀的左通状态( 对应石灰仓) ，即控制三通阀左通( 正 转到位) 的线圈处于吸和状态，而控制其右通的线圈处于断开状态，三通阀保持左通， 使经初破后的石灰可以注入石灰库，这样持续一段时间后，直到料位计检测到石灰 气 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 皇曼詈! ! ! ! ! ! ! 曼曼曼曼! ! ! 皇詈曼舅! 暑! 鼍皇! 鼍! ! ! ! 皇曼皇詈! ! ! 皇! ! 曼詈暑! 鼍曼皇! ! 鼍i 二i 皇曼! ! ! 鼍苎鼍皇! ! 曼曼詈皇曼! 皇曼皇曼 库中的库存达到其设定上限，就停止进石灰，改为进料石膏；在进料石膏时，使控制 三通阀左通的线圈断电，线圈打到断开位置，使控制三通阀右通( 反转到位) ，这样， 石膏粉末进入石膏库存放，用量同上述石灰的控制，当石膏库的库存也达到设定上限 时，关闭进料石膏，此时完成对石灰库和石膏库的控制。 此两种物料按一定比例配比好后，需要进入球磨机进行进一步的细化研磨。因为 这时石膏和石灰经破碎机破碎后还属于粗料，不满足加气砼生产的要求。 配料系统测点很多，各参数之间又有相互联系、相互制约关系。该工段需要调控 的主要量有两类，一类是各设备的启停，即开关量信号；另一类是反应物料用量的多 少，即模拟信号。 开头量包括：破碎机、提升机、三通阀、皮带秤、物料传送皮带、球磨机、料位 计和收尘器等的启停。 模拟量包括： ( 1 ) 皮带秤的的秤重传感器信号，它反应石灰和石膏的用量； ( 2 ) 料位计报警信号，它反应各材料库存料多少。 2 2 制浆工段工艺简介 制浆工段包括料浆制备和料浆储存两部分。主要原料为水、废浆和粉煤灰，三种 物料按一定比例配比，经搅拌均匀后形成浆状物，置于磨前罐中，此时由于粉煤灰是 发电厂的直接排放物，故粒度大小还不均匀，需经湿式球磨机进一步进化研磨成适合 粒度，然后存放于磨后罐，此过程称为料浆制备。料浆配制好后要从制浆罐中抽出， 存放到储浆罐罐中，倒空料浆罐供下一制浆过程使用。把料浆从制浆罐抽到储浆罐的 过程称为打浆过程。 储浆罐设有两套，其中一套为备用装置，主装置出现故障或者主装置不能满足要 求时启用此备用装置。两套制浆设备可同时自动运行，并根据储浆罐的料浆量自动 切换。制浆和打浆这两过程要求配合协调，衔接紧密，配料浆、搅拌、制浆、打浆任 一个环节出现问题，如料浆过稠或过稀、搅拌不均匀等问题，轻可导致该罐料浆报废， 重则可能导致生产事故或设备损坏( 可能损坏搅拌机等) 。制浆之前，要先根据制浆 罐容积大小确定每次的制浆总量，总量过高将会导致溢浆事故，不仅浪费原材料，而 且会损坏设备；总量过低则影响制浆速度，设备不能充分利用，也会影响整个生产线 的产量。制浆总量确定以后，根据料浆的成份配比要求和原料情况确定粉煤灰、水、 6 济南大学硕十学位论文 詈皇詈皇! 鼍暑詈詈詈詈暑鼍曼詈詈皇皇詈詈皇詈皇! ! 曼! ! 鼍鼍詈! 苎! 詈暑詈! 詈! 皇詈皇! 詈! 詈皇詈皇! ! ! 詈! ! 皇詈! 詈! 詈! ! 暑詈! ! ! 詈詈皇詈! ! 皇 废浆的配比和重量，依据这三种物料的重量进行制浆控制。 由于制浆罐在库底，一般处于底层，而储浆罐则为了浇注配料的方便一般设在最 高层，落差较大，料浆制备完成后，要接着进行料浆输送，也就是前面提到的打浆过 程，由料浆泵将制备好的料浆输送到储浆罐储存。储浆罐的储浆量设置上、下限，即 当某一储浆罐的储浆量达到上限时停止打浆，达到下限时启动打浆。 此工段需要控制的模拟量包括：水、废浆、粉煤灰、料浆等的重量；储浆罐的料 位等； 开关量包括：搅拌机、阀门、绞刀和泵等设备的启停。 2 3 浇注工段工艺简介 此工段所需的原料为配料工段配制好的胶结料、散装水泥、制浆工段制备好的料 浆、铝粉等。分为计量混合、加热配料、浇注3 个阶段进行。 ( 1 ) 计量：包括胶结料、水泥、料浆等的计量。启动料浆阀门计量料浆，到料浆 设定值关闭阀门；在计量料浆的同时，可并行启动绞刀计量水泥，到水泥设定值停止 水泥绞刀，再启动混合料( 包括粉煤灰和胶结料) 绞刀计量混合料，到混合料设定值 时停止绞刀，打开料浆阀门将料浆放入搅拌罐，待料浆放完后关阀门；计量完毕搅拌 至各物料混合均匀。 ( 2 ) 加热配料：在计量的同时可对混合物料通以热蒸气进行预加热，打开蒸汽阀 门，加热到预定温度时关闭蒸汽阀门；由于胶结料中的石灰遇水放热，搅拌一定时间 后，搅拌罐中的物料温度将进一步升高，若仍未达到浇注所需温度，将进行二次加热， 通过打开蒸汽阀门加热至所需的温度。达到浇注温度后，则打开铝浆阀加入人工制备 好的铝浆，完毕后关闭铝浆阀门。铝粉的发气质量与料浆的温度高低和搅拌时间长短 有很大关系，由于铝粉的发气时间有限，所以加铝粉和搅拌的时间要恰当，如果发气 不充分，则不能形成气孔状结构；反之如果发气量太过，则易形成气孔过大或塌模。 发气过程如2 3 1 节所述。 搅拌罐中加入铝粉后，搅拌设定时间，( 此时浇注车必须先到位) 后停止搅拌机， 打开浇注阀门进行浇注，待物料全部下完后，关闭阀门。至此完成了一个浇注过程。 在整个浇注过程当中，浇注阀门的关闭是一个浇注过程的结束标志，同时也是下 一次浇注过程的开始标志，所以“启动暂停”按钮就加在浇注阀门关闭之前。 2 3 1 浇注发气过程 7 粉煤灰加气砼生产过程控制应用研究 制浆浇注的过程伴随着发气反应的化学过程。粉煤灰料浆、水泥、生石灰、铝粉、 水以及其他外加添加剂混合搅拌后，水泥和生石灰要发生水化反应过程，水泥水化时 要析出c a ( o h ) 2 ，生石灰和水产生作用也要生成c a ( o h ) 2 ，因而，粉煤灰加气砼轻质墙 体材料料浆中的液相显碱性且迅速变成饱和溶液。 铝粉极易与碱溶液相互作用，此过程形成浇注过程发气所需的气泡。反应如下： 3 c a ( o h ) 2 + 6 h 2 0 + 2 a l 3 c a o a l 2 0 3 。6 h 2 0 + 3 h 2t 6 h 2 0 + 2 a l a l ( o h ) 3 + h 2 1 由以上化学反应式可知，铝粉与碱性饱和溶液发生反应产生氢气，由于氢气很少 溶于水( 在温度t = 2 0 c 时，1 升水仅溶解氢气0 0 1 8 9 升) ，而且产生的氢气会随着温度的 升高而使体积增大( 由0 升到4 0 ，氢气体积增大1 5 ) ，进而必然使混合料浆发生膨 胀，使加气砼制品形成内部含有大量气泡的微孔结构。 2 3 2 浇注过程的主要控制量 浇注工段需要控制的模拟量包括：混合料、料浆等的重量、浇注总量、浇注温度， 其中浇注温度对整个加气砼砌块成型起着关键影响作用。由于加热物体时其温度存在 滞后，而温度高低对发泡质量起决定性作用，加入铝粉后如果长时间没有达到浇注温 度，则会使气泡消失导致坯体气孔较少；而温度太高则会使气泡太大导致破裂和发泡 济南大学硕十学位论文 皇暑詈曼皇皇曼鼍曼! 皇! ! 皇詈皇詈! 詈詈皇皇鼍苎詈! ! 詈詈詈曼! 鼍詈詈詈鼍! 皇鼍! 鼍詈! 皇詈鼍詈! 皇詈鼍皇! 詈詈鼍詈鼍詈鼍鼍苎鼍皇! ! 詈毫詈鼍詈皇毫暑詈 一般预养在6 0 和一定湿度下进行，预养时间约6 小时左右，然后再送入蒸养釜中进 行蒸压养护。蒸养前先