（电力电子与电力传动专业论文）水泥回转窑旋风预热器远程监测系统的研究.pdf

a bs t r a c t c y c l o n ep r e h e a t e rc e m e n tk i l ni sak e yw a r m u pe q u i p m e n tt ot h ec e m e m p r o d u c t i o np r o c e s s ，i t sp r e h e a t i n gc e m e n tr a wm a t e r i a l ，a sw e l la st h ee f f e c to f s e p a r a t i o ne f f i c i e n c yw h i c hw i l lb o t hd i r e c t l ya f f e c tt h eq u a l i t ya n dt h em e r i t so ft h e f i n a lp r o d u c t ，t h el e v e lo fe n e r g yc o n s u m p t i o n ，t h ec o n s u m p t i o nc o s ta sw e l la sm a n y a s p e c t so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h e r e f o r e ，i th a sv e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et o m o n i t o rt h es y s t e m t h ee n v i r o n m e n to ft h ec e m e n tp r o d u c t i o ns c e n ei su s u a l l yv e r y p o o r , h a sb i gn o i s ea n ds oo n i no r d e rt op r o v i d eag o o dw o r k i n ge n v i r o n m e n tt os t a f f , t h i sp a p e rm a i n l yd o e sr e s e a r c hi nt h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mt ot h ec e m e n tk i l n p r e h e a t e rc y c l o n e d u r i n gw h i c h ，t h et h e s i sm a i n l ya d o p t e dw i n s o c kn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n sb a s e do nt c p i p p r o t o c o lt e c h n o l o g y , m u l t i t h r e a d e d s e r i a l c o m m u n i c a t i o nb a s e do nm s c o m mc o n t r o li nt h ev c + + t e c h n o l o g y ，d a t a b a s ea c c e s s b a s e do na d o t e c h n o l o g ya n ds oo nt or e a l i z em o n i t o r i n gt ot h es t a t ep a r a m e t e ro f c y c l o n ep r e h e a t e rc e m e n tk i l n f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rd e t a i l e dt h ec y c l o n ep r e h e a t e rc e m e n tk i l np r o c e s s e s ，a n d a n a l y s ef o u rp a r a m e t e r ss u c ha sw i n ds p e e d ，w i n dp r e s s u r e ，f l o wa n dt e m p e r a t u r e w h i c hi m p a c to nt h eq u a l i t yo fc e m e n tp r o d u c t i o n c o m b i n et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h i s s y s t e m ，w eg a v ei t ss o f t w a r er e q u i r e m e n t sa n a l y s i st h eo v e r a l ld e s i g np r o p o s a lo ft h e c y c l o n ep r e h e a t e rr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m m e a n w h i l eg e n e r a l l y i n t r o d u c e dt h ef u n c t i o n so fe a c hl a y e r s e c o n d ，a n a l y z e ds e v e r a lm o d e l sw h i c hg e n e r a l l yu s e di nt h er e m o t em o n i t o r i n g s y s t e m s ，t h e ya r ec sa n db sm o d e l ，w ec o m p a r e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s o ft h e s em o d e l s ，a n dt h e nc o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em o n i t o r i n gs y s t e m 笛w e l la st h er e q u i r e m e n t s ，a tl a s tw es e l e c tt h ec sm o d e la sr e m o t em o n i t o r i n g s y s t e mm o d e li nt h i ss y s t e m w e l l ，w ea s l od e t a i l e dt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l t c p i pp r o t o c o lw h i c hi su s e db e t w e e nr e m o t ec l i e n ta n de q u i p m e n ts e r v e r t h i r d ，e x p l i c a t e dt h er e m o t ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e st h a t i sw i n s o c k n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yu s e db e t w e e nt h er e m o t ec l i e n ta n de q u i p m e n t s e r v e r , a sw e l la sm u l t i t h r e a d e ds e r i a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hi su s e d b e t w e e ne q u i p m e n tm o n i t o r i n ga n dc o n t r o lt e r m i n a li nt e r m so fi t st h e o r ya n d r e a l i z a t i o n l a s t ，i nt h eb a s i so fa b o v es e v e r a lc h a p t e r s ，w ea c h i e v e dt h er e m o t ec y c l o n e p r e h e a t e rm o n i t o r i n gs y s t e mf r o mt h ea r e ao fs o f t w a r ed e s i g n h e r e i ni n t r o d u c e d i n c i d e n t a l l yt h ec h o i c e so fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ep l a t f o r m ，t h er e a s o n so fs e l e c t i n g t h er s 一4 8 5b u s f o l l o w e d ，w ef i n a l l ya c c o m p l i s h e dt h ed e v e l o p m e n to ft h e m o n i t o r i n gs y s t e mm a i n l yf r o mt h ep r o t o c o ld e s i g no fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，t h e c o n c r e t er e a l i z a t i o no fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，d a t a b a s ed e s i g na n di n t e r f a c ed e s i g n t h i sa r t i c l em a i n l ye x p l i c a t e st h er e s e a r c hw o r ka n dt h er e a l i z a t i o no fi t sm o d e l b a s e do nt h ei n t e r a c tw i t ht h ec sm o d e lc y c l o n ep r e h e a t e rr e m o t em o n i t o r i n ga n d c o n t r o l l i n gs y s t e m i nt h i ss y s t e m ，w er e a l i z e dt h ef u n c t i o ns u c ha st h ed i s p l a yo ft h e f i e l dd a t a ，r e a l t i m ec u r v ea n dt h et h eh i s t o r yc u r v e ，d a t a b a s ea c c e s s ，m a l f u n c t i o n a l a r m ，a sw e l la sp r i n t i n gs t a t e m e n t s ，s oa st oa c h i e v et h ep u r p o s eo fb e t t e rr e m o t e m o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gt h ec y c l o n ep r e h e a t e r k e y w o r d s ：c e m e n tk i l n ，c y c l o n ep r e h e a t e r , r e m o t em o n i t o r i n g ，t c p t pp r o t o c o l ， a d o t e c h n o l o g y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的 全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名： 导师签名： 日期： 同期： 武汉理工大学硕十学位论文 1 1 课题概述 1 1 1 课题的背景 第1 章绪论 目前，水泥作为当前国民经济支柱产业之一，在我国国民经济中占据重要 地位。自从我国加入w t o 组织之后，市场对水泥等生产资料的需求就越来越大 同时对水泥质量的要求也越来越高，然而现在我国水泥产量的大约8 0 是由中 小水泥企业生产的，这些中小型企业( 特别是小企业) 都普遍存在着生产规模 小、能耗高、产品质量较差、污染大等一系列的问题，这样就远远满足不了现 在的需求，从而如何提高水泥的产量、质量，降低生产成本和减少污染等，就 成为我国水泥企业的当务之急。 水泥的生产过程主要由生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨这三部分组成。其 中熟料煅烧是整个生产过程的关键环节，它的好坏就决定了生产出的水泥的质 量，以及耗费的生产成本等等。然而在这个环节中，水泥回转窑旋风预热器对 水泥的预热分离效果又在此环节起着至关重要的作用，它的主要功能是充分利 用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所具有的热量加热生料，使之进行预热 及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成 任务。总之它具有使气固两相能充分分散均匀、迅速换热、高效分离等三大功 能。它的功效将直接影响到最后产品的质量的优劣、产量的多少、能耗的大小 以及环保等众多方面。因此对水泥回转窑旋风预热器运行状态的实时监测就显 得尤为重要。 水泥的生产环境很恶劣，除了噪声大，最重要的是生产过程中所排放的粉 尘对大气的污染以及对人身体所造成的伤害很大，其中它所排放的粉尘中附带 的有害气体如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、氟化物等等对人的呼吸系统会 造成很大的伤害。在这种严重污染的恶劣环境下作业，粉尘直接危害工人的健 康。因此对水泥回转窑旋风预热器运行状态的监测采用远程监测是绝对必要的。 本文主要是围绕着对水泥回转窑旋风预热器远程监测系统的研究而展丌的。 武汉理工大学硕七学位论文 1 1 2 课题研究的目的及意义 目前在我国的水泥生产这个行业中，普遍存在着生产成本高、能耗高，产 品质量较差以及污染严重等等问题，然而这些问题的存在，对我们国家不管是 经济方面还是环保方面都是较为不利的，因为水泥是我国国民经济支柱产业之 一。为了改善这个问题，同时也为了跟上当今整个水泥市场前进的步伐，使水 泥生产高效率化、合理化、省力化、更节能，也即是使产品成本更低，质量更 高是迫在眉睫的任务。 在水泥生产过程中，水泥回转窑旋风预热器是水泥生产的关键预热设备， 它运行的好坏直接影响生产出来的水泥的产量，质量以及对环境的污染程度。 旋风预热器的任务是充分利用窑尾排出废气中大量热能将生料预热后入窑以降 低系统热耗或将预热后的水泥生料喂入分解炉进行下一步的悬浮态碳酸盐分解 过程。同时最大限度换热、最低的流动阻力、尽量高的分离效率、最省的基建 投资和运转可靠是预热器追求的理想目标。 在现代新型干法水泥生产工艺流程中，存在三个特点：一是生产的协调性 和快速性，如采用窑外悬浮预热分解技术，物料反应迅速，生料制备利用熟料 锻烧余热，使生料车间与烧成车间紧密相联，互相影响；二是工艺设备先进， 单机容量大，产量高，连续性强。如果依靠岗位工人来维持设备的安全运转和 工艺流程的稳定，已是力不能及。所以采用远程监测的方式检测并显示各种过 程参数，并按照人们事先规定好的程序监督设备运转状况，调节工艺参数的扰 动，促进工艺过程的稳定是十分必要的。通过远程监测不仅可以实现现场运行 数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，从而为远程故障诊断技术提 供了物质基础而且技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视生产系统和 现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员“虚拟 地出现在许 多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制， 以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人 值守，达到减员增效的目的。因此，对水泥回转窑旋风预热器的远程监测系统 的研究具有十分重要的意义。 武汉理工大学硕+ 学位论文 1 2 国内外相关技术研究 1 2 1 远程监测技术 1 2 1 1 远程监测技术简介 远程监测技术是利用计算机、测量仪表、远程通信设备对遥远现场的数据 进行监控、测量的一种技术。随着工业生产规模不断扩大，导致不同的生产部 门在地域上分布变广，为了保证设备高效无故障运行，技术人员常奔波于各个 生产现场以了解各种实时生产状况。这种工作方式不仅效率低下，而且浪费大 量的人力物力，因此，将远程监测技术应用到工业安全生产中是十分有必要的【l o l 。 远程监测技术作为单独的一种计算机网络技术，近几年随着计算机网络技 术的发展和网络的普及得到了广泛的应用。它可以实现管理人员在异地通过网 络，利用拨号或双方都接入i n t e m e t 等手段，连接目标终端设备，通过本地计算 机对远程终端设备进行维护、管理或资源共享等。基于p c 机的远程监测软件现 在发展很迅速。 另外远程监测系统可以划分为：远程监测终端系统、远距离数据传输系统、 现场设备监测与控制系统三部分1 1 2 1 。各部分分工协作，共同实现对设备的远程控 制。其运作过程如图1 1 所示。 远程监测终端系统远距离数据传输系 r 现场设备监测与控 -统 制系统 状态数据流 图1 1 远程监测系统的一般模型 ( 1 ) 远程监测终端系统 远程监测终端系统是用以与现场设备进行交互的远程接口。从功能角度来 看，主要包括远程设备状态的终端显示，控制命令及参数的输入，对命令参数 和状态数据进行必要的处理，以及其他操作。目前，由于p c 机的广泛应用和价 格越来越低廉，并且用于远程监测的p c 机远离工业现场，所以基于p c 机的远 武汉理工大学硕士学位论文 程监测端软件技术发展迅速，p c 机成为远程监测终端系统的主要操作平台。 ( 2 ) 远距离数据传输系统 远距离数据传输系统作为远程控制的信息的传输通道，进行各类控制数据、 监测数据和图像的传输。传输系统的目的就是将现场的设备状态信息尽快的传 输到监测端，使操作人员通过对现场设备状态的了解，决定下一步的操作措施； 另一方面传输系统将监测端的控制信息反馈到现场的控制主机，使主机能对设 备进行实际的控制。 ( 3 ) 现场监测与控制系统 现场监控系统是直接对现场设备进行监测控制的系统。在整个远程监测系 统中，现场监控系统根据远程监测终端的控制数据对设备进行控制，实时监测 设备的状态，并作必要的分析，再将这些状态通过传输通道反馈到远程监测端。 远程监测技术是计算机技术和通信技术发展的产物，远程监测的连接方式分为 点对点的连接和基于网络的连接。基于网络的远程监测技术是企业未来的自动 化变革的重要目标，是实现企业管理、控制集成的基础。 1 2 1 2 远程监测技术国内外研究现状 远程监测技术是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1 9 9 7 年1 月，首届基于i n t e r n e t 的远程监测诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学 院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论 了有关远程监测系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限 制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于 i n t e m e t 的下一代远程监测诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算 机业和仪器仪表业的s u n 、i - i p 、b o e i n g 、i n t e l 、f o r d 等1 2 家大公司的热情支持 和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统t e s t b e d 。t e s t b e d 用嵌入式w e b 组网、用实时j a v a 和b a y e s i a nn e t 初步形成在i n t e m e t 范围内的 信息监测和诊断推理。另外，许多国际组织，如m m o s a ( m a c h i n ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) 、s m f p t ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r e p r e v e n t i o n t e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t i o n a l l e n g i n e e r i n g m a n a g e m e n t ) 等，也纷纷通过网络进行设备监测与故障诊断咨询和技术推广工 作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了 i n t e m e t 的功能，如b e n t l e y 公司的计算机在线设备运行监测系统d a t a m a n a g e r 2 0 0 武汉理工大学硕士学位论文 可以通过网络动念数据交换( n e td d e ) 的方式向远程终端发送设备运行状态信 息；著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司也在它的产品l a b w i n d o w s c v i 以及 l a b v i e w 中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过w w w 、f t p 、e m a i l 方式 在网络范围内进行监控数据的传送。法国a l a r m 研究组对生产过程的智能报 警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用【i 5 1 。 国内对于远程监测技术也开展了积极的研究目前，西安交大、华中科技大 学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果如西 安交通大学研制的。大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统r m m d 、 华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统k b g m d 、哈尔滨工业大学的微 计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统m m m d e s 等【1 6 l 。 目前远程监测技术的主流是应用i n t e m e t 技术，在t c p i p 协议和w w w 规 范的支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取 自己权限下的所有信息并及时做出响应。 1 2 2 多线程串行通信技术 多线程是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务，以提高系统的效 率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候被实现的。 传统的应用程序都是单线程的，即在程序运行期间，由单个线程独占c p u 的控制权，负责执行所有任务。在这种情况下，程序在执行一些比较费时的任 务时，就无法及时响应用户的操作，影响了应用程序的实时性能。在监测系统， 特别是远程监测系统中，应用程序往往不但要及时把监测对象的最新信息反馈 给监视客户( 通过图形显示) ，还要处理本地机与远程机之间的通信以及对控制 对象的实时控制等任务，这时，仅仅由单个线程来完成所有任务，显然无法满 足监控系统的实时性要求。在d o s 系统下，这些工作可以由中断来完成。而在 w i n d o w sn t 下，中断机制对用户是不透明的。为此，可引进多线程机制，主线 程专门负责消息的响应，使程序能够响应命令和其他事件。辅助线程可以用于 完成其他比较费时的工作，如通信、图形显示和后台打印等，这样就不至于影 响主线程的运行。 武汉理t 大学硕+ 学位论文 1 3 本课题主要研究内容 本文首先主要介绍水泥生产的整个工艺过程，在了解这个过程的基础上， 再进一步对水泥回转窑旋风预热器的工作原理、功能等方面进行深入的分析， 接着根据水泥回转窑旋风预热器的工作特点对其远程监测系统做了一个初步的 构架，最后结合基于t c p i p 协议的s o c k e t 网络通信技术、多线程串行通信技术 以及a d o 数据库访问技术对水泥回转窑旋风预热器远程监测系统做进一步的研 究和探讨。本文所做的主要工作如下： ( 1 ) 认真研究了水泥回转窑旋风预热器的工作特点以及其在水泥生产整个 生产过程中所起的作用。对比了c s 和b s 模式的各自特点，并分析了其优缺 点。针对旋风预热器工作的具体特点，给出了其远程监测系统的软件需求分析 和整体构架。 ( 2 ) 对远程监测系统的关键技术进行了分析和研究。阐述分析了w i n s o c k 网络通信技术，设备服务器与测控终端的多线程串行通信技术的理论及实现方 法。 ( 3 ) 完成了水泥回转窑旋风预热器远程监测系统的总体方案的设计，采用 了v c + + 6 0 提供的m s c o m m 控件实现现场设备下位机和服务器端上位机之间进 行串口通信。对整个系统进行各个功能模块的划分。探讨了数据库技术，采用 了s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为系统数据库开发的工具，并利用a d o 技术实现了访问数 据库。最后对系统的实时性和安全性问题进行了分析和研究。 1 4 本章小结 本章首先阐述了课题研究的背景，接着介绍了课题研究的目的及意义，然 后对本文所运用用到的相关技术在国内外的研究现状做了初步介绍，最后提出 了本课题研究的主要内容。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统的总体设计 水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的 粮食之称。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中，同时 宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越 来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用，但是水泥的 生产跟旋风预热器系统的运行情况是紧密联系的。本章在介绍水泥的生产工艺 基础之上，再对旋风预热器各个方面作了深入地探讨，结合其特点，详细分析 了构造本远程监测系统的软件方面的一些需求，最后给出了系统的整体构架。 2 1 水泥生产的工艺简介 水泥生产过程是一个复杂的物理化学过程，按照生料配备方法的不同，可 以分为湿法和干法。湿法生产是指将原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑 锻烧成熟料；干法生产是指将原料同时烘干和粉磨，或者先干燥然后粉磨成生 料粉，最后喂入干法窑锻烧成熟料。新型干法水泥生产是当今水泥生产的主要 潮流，主要体现在生料入窑前，已经通过预热器和高温废气进行了预热，其中 的碳酸钙，在分解炉己有9 0 以上分解为氧化钙。其生产工艺流程如图2 1 所示。 图2 1 水泥生产工艺流程图 武汉理工大学硕士学位论文 水泥生产工艺过程通常简要的概括为“三磨一窑 ，即生料磨系统、煤磨系 统、水泥磨系统和水泥窑系统。首先，将原料经原料磨磨成生料，然后经过窑 系统锻烧成熟料，再将熟料经水泥磨磨成水泥。 具体来说水泥生产过程大致分为以下几个阶段：生料制备，原料粉磨，生 料均化，窑尾烧成，窑头烧成，水泥粉磨和水泥包装和输送，窑尾废气处理。 生料制备：石灰石是水泥生产的主要原材料，大多数工厂都位于石灰石矿 山附近，以尽量降低运输成本。石灰石矿山通过爆破或者使用钻机来开采其他 原料( 页岩、砂岩、黄铁矿) 在矿山开采或使用工业废渣作为原料。将石灰石 及其他原料与少量的校正原料送至破碎机，在那里经过破碎或锤击变成碎块。 破碎后的石灰石和其他原料通常被送至石灰石预均化堆场进行均化，并覆盖以 避免外界环境的影响而降低品质，同时也可最大程度的减小灰尘。然后根据生 产水泥类型，经电子皮带秤计量后将物料按一定的比例配料，调配为成分合适， 质量均匀的生料。 原料粉磨：在原料磨车间，调配好的生料被磨的更细，颗粒大小如面粉。 这样处理后就可以在后面的过程中充分燃烧，以保证生产出高质量的熟料。通 常采用立磨或球磨磨制生料，前者利用辊子外泄的压力将通过的物料碾碎，后 者则依靠钢球对物料进行研磨。 生料均化：粉磨过的生料由提升机经生料库顶的空气输送斜槽送入生料均 化库。库底由一对罗茨风机朝着四对风口按照一定的顺序向上吹气，使生料在 巨大的库中保持悬浮状态，不停流动。这样就能有效保持生料的干燥以防止结 块，并可使不同时间磨出的生料充分混合以均衡生料品质。库地另有四对绞刀 将库底同一平面八个不同部位的生料输送到生料库出口供给预热器。 熟料生产：熟料生产过程是水泥工艺中唯一的化学反应过程。高温处理系 统包括生料干燥和预热、碳酸钙分解、锻烧( 烧结成熟料) 三个步骤。锻烧是 此工序中的核心部分。生料被连续地称重并送入预热器最顶部的五级旋风分离 器，预热器中的生料被上升的热空气加热，分解，收集入窑，在巨大的回转窑 内部，原料在1 3 7 0 1 4 5 0 摄氏度下转化成为熟料。熟料从窑头进入蓖冷机进行热 回收和冷却。冷却了的熟料随后用盘式运输机传输到熟料料仓进行存储。熟料 冷却后可在运输带上输送，并可以再生多达3 0 的热量。冷却熟料的空气加热 后被导入回转窑，它有利于燃料燃烧。一般类型的蓖冷机为推动蓖式。蓖冷机 收集的黄料粉可被回收重新处理。 武汉理工人学硕十学位论文 窑尾烧成系统：窑尾烧成系统主要由五级旋风式预热器( 五级锥体) 、增湿 塔、窑尾废气处理系统组成。来自均化库的生料通过气力提升泵输送到旋风式 预热器内，通过五级预热器的负压作用使物料充分预热后先进入分解炉进行预 分解，然后再进入回转窑进行锻烧，锻烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要 成分的水泥熟料。带有灰尘的气体由预热器的一级锥体出口进入增湿塔，降温 增湿后一部分形成粉状物料重新回收到生料库，剩余气体经除尘系统净化后排 入大气。 煤粉制备系统和窑尾喂料系统：煤粉制备系统主要由煤粉制备和喂煤系统 组成，原煤由煤磨磨制成煤粉后存储在煤粉仓中，并通过喂煤系统向窑头、分 解炉喂煤。 水泥磨：熟料从熟料料仓中取出并送到配料仓，在进入水泥磨之前与石膏 和添加剂进行配比混合。在熟料粉磨过程中，熟料与其他原料被一同磨成细粉， 多达5 的石膏或附加的硬石膏被添加进来，以控制水泥的凝固时间，同时加入 的还有其他化合物。该系统还配备了一台选粉机，用来选出合格的水泥成品， 没有完全磨细的粗粉被重新送回磨系统。 储藏和发运：成品水泥被储藏在巨大的混凝土料仓内。可以将水泥散装到 卡车或者车皮中发送给客户，也可以袋状，用标准货车发送。 窑尾废气处理：现代水泥厂的废气处理系统是指在一级预热器热风出口到 窑尾的排放烟囱顶为止这样一套系统。在这个系统中，主要设备有窑尾高温风 机、电收尘器、收尘风机和增湿塔等。废气从预热器塔顶由高温风机抽出，在 风机出口管道适当的地方进行分风( 风机入口温度一般在3 0 0 3 3 0 ) 。因为煤 磨放在窑头，所以废气在生料磨开磨状态下全部送入生料磨作烘干热源，磨停 窑开时进入增湿塔，在增湿塔内对高温废气进行喷水增湿降温，将3 3 0 左右的 废气降至1 3 0 以下后入汇风箱，在此还要接收从生料磨烘干原料后来的一部分 废气，然后一同进入电收尘器净化处理，最后经收尘风机引入烟囱排入大气。 从电收尘器收下的粉尘比较细，随同生料一起由斗式提升机送入生料均化库。 从汇风箱沉降下来的颗粒一般来说大一些，原则上也可以送生料均化库，还可 送进生料磨头仓。而从增湿塔收下的废狄是被水淋湿的，必须送入生料磨重新 入磨粉磨。生料磨停开时，增湿塔、电收尘器收下的窑灰可直接进入窑系统计 量小仓，喂入预热器系统。 武汉理t 大学硕十学位论文 2 2 水泥回转窑旋风预热器概述 2 2 1 旋风预热器的结构及特征 旋风预热器是目前工业生产中应用极为广泛的一种气固换热分离设备。在 能源、环保、化工、冶金、建筑、采矿等许多领域，旋风预热器被用于粉料换 热后的分离、除尘或净化过程，在高固气比悬浮预热预分解系统中旋风预热器 起着关键的作用。本课题所讨论的旋风预热器是属于水泥生产过程中的主要预 热设备。它用于生料( 一般为石料) 加热和气固分离。 旋风预热器是由上下交错排列的几级旋风筒组成，在最上一级的旋风筒也 通常做成双筒，旋风筒之间由气体管道连接，每个旋风筒和相连接的管道形成 预热器的一级，旋风筒的卸料口用生料管道与下一级的热气体管道连接。构成 旋风预热器的基本单元如图2 2 所示，它由旋风筒和连接管道( 换热管道) 组成。 换热管道除管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀等装备，它们同旋风 筒一起组合成一个换热单元。旋风筒的主要作用是气固分离，传热只占6 1 2 5 。而连接管道主要起着热交换的作用。 图2 - 2 旋风预热器一个换热单元 当含固体颗粒的气体进入旋风预热器时，由于筒壁的约束力作用，气流将 武汉理工大学硕士学位论文 由直线运动转变成圆周运动，旋转气流的绝大部分沿器壁成螺旋状向下，朝锥 体流动，通常称为外漩流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度远远大 于气体的颗粒甩向器壁，固体颗粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速 度的初始动量随外螺旋气流沿壁面下落，最终进入固体出口。另一方面，外旋 流旋转过程中使周边气流压力升高，在圆锥中心部位形成低压区，由于低压区 的吸引，当气流到达锥体下端某一位置时，便向分离器中心靠拢，即以同样的 旋转方向在旋风预热器内部，由下反转向上，继续作螺旋运动，称为内漩流。 最后，气体中的固体小颗粒在气体旋转向上，继续作螺旋状运动时，碰到器壁， 则减速螺旋的沿器壁滑落出来，从而达到了气固分离，固体加热的目的。 2 2 2 旋风预热器的功能及工作机理 旋风预热器的主要功能是充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所 具有的热焓( 热量) 加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分 解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。因它具有使气固两相能充 分分散均布、迅速换热、高效分离等三大功能。 在水泥生产过程中，水泥的整个预热过程如下所述：每个旋风筒和相连接 的管道形成预热器的一级，通常预热器由上而下顺序编号为第一至第五级，旋 风简的卸料口仍用料管与下二级的气体管道连接。生料首先喂入一级旋风筒入 口的热气体管上升管道中，在管道内进行充分的热交换，然后由一级旋风筒把 热气体和生料颗粒分离，收下的生料经卸料管进入二级旋风筒的热气体上升管 道内进行第二次换热，再经二级旋风筒分离；依次进入三级、四级和五级旋风筒， 最后进入回转窑内进行锻烧。 2 2 3 旋风预热器的工艺参数 在新型干法水泥生产过程中旋风预热器的工作过程属于复杂的热工反应过 程，是水泥生产的重要组成部分，对生料的预热效果将直接影响到最后产品的 质量的优劣、能耗的大小以及环保等众多方面，而影响旋风预热器预热效果的 因素很多，不仅与热交换效率有关，而且还与各旋风筒的分离效率和漏风系数 等因素有关。然而旋j x l 预热器的分离效率以及阻力损失等等影响其预热效果的 因素又与它本身的风速、风压、温度以及流量等参数是分离不开的。 武汉理t 大学硕十学位论文 旋风预热器最上一级旋风筒的分离效率直接影响排出系统的粉尘量，从而 对系统的热效率、投料量及废气处理系统产生较大影响，因此要保证其尽可能 高的分离效率，为了更加提高收尘效率，最上级旋风筒做成双筒；最下一级 旋风简由于其中的物料是碳酸盐分解己达9 0 左右的高温粉料，宜及时分离出 来送入窑内，以减少高温粉料的再循环，避免造成不必要的热量损失和再碳酸 化，故其分离效率同样起着举足轻重的作用；中间各级旋风筒则在设计时除需 有适宜的分离效率外，还要充分考虑降低阻力。 根据上面所述可得知一级( c 1 ) 旋风预热器性能在整个旋风预热器系统中 占有很重要的位置，在本课题中主要是对c l 旋风预热器的风速、风压、温度以 及流量等参数的监测。下面简要介绍这些参数对旋风预热器性能的影响。 风速：管道风速太低，热交换时间延长，不仅影响传热效率，甚至会使生 料难以悬浮而沉降积聚，从而使旋风预热器的预热效果以及分离效率大大降低； 风速过高，则会增大系统阻力，增加电耗，并影响旋风筒的分离效率。这样最 终不仅增加了水泥生产的成本而且使生产出来的水泥质量也不能达标。所以风 速一般控制在1 5 - - 2 5 r n s 范围为宜，一旦监测到风速不在此范围之内，那么系统 会报警使工作人员根据自己的经验采取相关的措施，使风速恢复到此范围之内， 这样才能达到我们所预期的目标。 风压：表示旋风筒锥体的通风状态，c l 筒出口风压为负压，负压主要指示 系统风量平衡情况。当负压增大时，则需检查旋风筒是否堵塞，还要结合气体 分析确定排风是否过大：当c l 筒出口负压下降时，则应检查喂料是否正常，紧 急风门是否关闭，各级旋风筒是否漏风等；如均正常，则需结合气体分析情况 确定排风是否足够如不足，应适当调大风机阀门开度和转速。在实际操作中， 每个锥体负压都有一个范围设定值，当超过此设定范围时，应立即处理，否则， 带来的停窑损失是很大的。一般风压控制在一4 0 0 0 5 5 0 0 p a 为宜。 温度：同样温度也应该控制在一个合理的范围之内。因为温度太高，会造 成旋风筒发生粘结堵塞；温度过低，使分解炉分解率偏低。一般如果监测的温 度过高或过低都说明喂料量与燃料量不匹配。温度过高的时候，需检查几种情 况：即生料喂料是否中断或减少；某级旋风筒或管道是否堵塞；煤量与风量是 否超过喂料量的需要等。查明原因后，做出适当的处理。当温度一直偏低时， 则应结合系统有无漏风及其他几级旋风筒的温度酌情处理。根据多年水泥生产 的经验，温度一般控制在3 0 0 一3 3 0 ，一旦监测到旋风预热器的温度不在此 武汉理工大学硕士学位论文 范围之内，则工作人员可以采取相应的措施解决此问题。 流量：流量主要反映旋风筒内热交换情况，稳定的气流量可以稳定火焰长 度和温度，稳定预热器的气流温度，从而使进入回转窑内的生料充分分解。流 量一般控制在2 0 2 5 k ( m 2 s ) 。 只要这些参数在所规定的范围之内，旋风预热器的分离效率将会提高，预 热效果好，阻力损失少，从而整个水泥生产不仅耗资少、产量高、质量好而且 对空气的污染程度也相对变小了，这就能达到我们预期的目标。 2 3 系统的软件需求分析 旋风预热器是水泥煅烧过程中的关键预热设备，在上面已经对它的结构、 功能、工作机理以及工艺参数作了详细的阐述。它运行的好坏直接影响整个水 泥的生产过程、生产成本以及最终排出的尾气对环境的污染程度等等方面，因 此对它的运行过程进行实时监测，从而使其运行状态掌控在工作人员所预想的 范围之内。然而旋风预热器的工作环境是很恶劣的，噪声大，灰尘厚，同时水 泥生产过程中最终排的尾气和灰尘都含有有毒成分，这对工作人员的人身健康 及安全有很大的威胁，为了给工作人员一个良好的工作环境，本文主要是对其 远程监测系统的研究。 旋风预热器远程监测系统主要实现在远程对旋风预热器运行的状态实现实 时监测，也即是对其温度、风速、风压以及流量等影响水泥生料预热及分解的 关键参数的监测。这样工作人员不必亲临现场就能了解旋风预热器每时每刻的 运行情况，一旦监测到其运行情况不正常，工作人员马上采取诊断措施，使旋 风预热器的运行状态在尽量短的时间内恢复正常，尽量减少因其而带来的经济 损失以及水泥生产的整个效益。 2 3 1 系统功能 旋风预热器远程监测系统的主要功能如下： ( 1 ) 参数监测：对旋风预热器基本运行参数风速、风压、流量以及温度进 行实时监测，在其参数变化超出设定范围后能及时发出报警信息，同时能够保 存历史数据，按时间点排列绘制实时曲线和历史曲线，同时参数还可以以文本 武汉理工大学硕士学位论文 形式显示在界面上； ( 2 ) 运行状态的远程查询：工作人员可随时在值班中心查询远端旋风预热 器的运行状态，远端旋风预热器接收到查询命令后，立即将当前旋风预热器的 运行状态i n t e m e t 网络传送给值班中心； ( 3 ) 数据存储：将接收到的监测参数以及控制参数存储在数据库中，以备 同后检索查看及为旋风预热器的今后的改造提供必要的依据： ( 4 ) 故障报警：当监测中，i i , 接收到远端旋风预热器的报警信息后，发出相 应的报警信息，通知工作人员立刻采取相应的诊断措施，使其正常运行； ( 5 ) 报表打印：在需要了解近期旋风预热器的运行情况时，本远程监测系 统能将历史信息报表打印出来，供技术改造人员参考。 2 3 2 系统技术要求 结合上面对旋风预热器的工艺的了解，可知它的工作环境很差，噪声大， 灰尘厚，干扰通信的因素很多，如果构造的远程监测系统技术要求不过关，就 达不到实时监测的要求。这样本文所研究的旋风预热器远程监测系统必须满足 下面的要求： ( 1 ) 有很强的环境适应性和电磁兼容性，系统的抗干扰能力强； ( 2 ) 不能出现漏传与错传的情况； ( 3 ) 故障时序分辨精度较高； ( 4 ) 有足够的数据采集通道； ( 5 ) 系统功能扩展、改造以及维修方便； ( 6 ) 系统的实时性、稳定性以及保密性好； ( 7 ) 主要技术参数：风速：1 5 一- - 2 5 m s ；风压：4 0 0 0 - 5 5 0 0 p a ；流量：2 o 2 5 k g ( m 2 s ) ：温度：3 0 0 。c - - - 3 3 0 c ；参数监测通道：l o 通道( 可扩展) 。 2 4 旋风预热器远程监测系统的总体结构 旋风预热器系统是水泥生产煅烧环节最重要的预热系统，此系统运行的好 坏将直接影响整个水泥生产所耗费的成本、生产出来的水泥质量以及排出的废 气量对空气的污染程度，因此为旋风预热器系统构建个远程监测系统是十分 武汉理工人学硕士学位论文 有必要的。结合上面对水泥生产的环境、工艺以及旋风预热器的特点、工作机 理的了解，为