DCS系统在水泥行业中的应用.doc

DCS系统在水泥行业中的应用第23卷第12期2007年12月甘肃科技GansuScienceandTechnologyV_D2.23N0.12Dec.2007DOS系统在水泥行业中的应用张雨成(甘肃省建材科研设计院,甘肃兰州730020)摘要:近2O年来,水泥工业从技术,产品总量,装备方面都得到巨大发展,特别是由于近年来计算机控制技术,通信技术和图形显示技术的飞速发展,水泥工业中的电气控制方面也有了质的飞跃.由原来的继电器控制发展到DCs(集散计算机控制系统).在水泥制造过程的三大部分(原料制备,熟料烧成和水泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因素多,控制复杂,在质量和节能方面占有重要地位的关键过程.可以说,熟料烧成DCS系统控制是对稳定产品的质量,提高设备生产率以及能源的节约.都起着至关重要的作用.文章详细分析烧成系统主要监控参数及水泥生产线DCS自动回路优化控制.关键词:熟料烧成系统;DCS系统;温度;压力;调节控制中国分类号:TQl721_】L一l丽吾水泥作为发展国民经济的主要的原材料,我国在近2O年的改革开放的形势下,水泥工业不论从技术,产品总量,装备方面都得到巨大发展但是我国水泥工业在工业结构,产品品种,技术装备水平方面与世界先进水平尚有较大差距.为了使我国水泥工业更好的适应我国国民经济的发展和改革开放参与国际市场竞争的需要,国家建材局提出了建材工业由大变强,靠新出强跨世纪战略.同时新型干法技术提供了提高水泥设备的单机能力和功能的可能性,而追求高效率,高性能,低成本,促进了水泥装备大型化的进程.设备大型化是实现工艺技术的手段和途径.为达到此目的必须提高设备制造技术和与之相配套的原材料(耐热,耐磨,耐火材料)的质量,提高必要的检测,保护装置的灵敏可靠性.由于近年来计算机控制技术,通信技术和图形显示技术的飞速发展,DCS这种分散控制,集中管理的集散型控制系统已经在世界水泥工业中得到广泛的应用.采用这种系统可以实现电动机成组程序控制,过程量的采集,处理,显示和调节.大大提高了劳动生产率,提高了工厂的管理和经营水平.水泥工艺过程是处理固体和粉状物料的生产过程,风,煤,料产生的热工过程变化复杂,不可控因素较多.从过程控制的角度来看,是一个滞留时间长,时间常数大,外来干扰多,相互干扰关系复杂的过程.在水泥制造过程的三大部分(原料制备,熟料烧成和水泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因素多,控制复杂,在质量和节能方面占有重要地位的关键过程.以下就水泥生产线中的熟料生产部分介绍DCS系统在水泥行业中的应用.2熟料生产DCS控制熟料烧成系统主要流程:来自原料制备系统的生料由第二级预热器出口管路上加入,在5级旋风预热器和回转窑内与燃烧的高温气体进行热交换,经过窑内烧成的熟料进入篦式冷却机进行骤冷.因此烧成过程的三个部分(预热器,回转窑,冷却机)相互干扰,形成反馈的动态情况.有时为了稳定某个参数而采取相应的操作,其结果不仅不能达目的,反而对其它参数产生不良的影响,造成整个窑系统的波动,因果关系复杂.由于水泥厂控制调节回路较多,系统参数要即时反映出窑内热工状况,发挥DCS系统调节过程变量的优点,并提供了强大的诊断报警功能,操作工人能即时准确的处理窑系统报警.DCS系统对保持窑内热工状况稳定和提高系统运转率起到至关重要的作用.2.1烧成系统DCS主要监控参数2.1.1烧成带温度烧成带的温度控制,实际上是一个温度场的问题,包括物料温度,气流温度,火焰温度等等.采用比色高温计,可以直接测出火焰温度.此外,检测窑尾废气中的NOx浓度,也可以反映火焰温度.因为NOx的形成同N:和O:的浓度及火焰温度有关,在窑中Nz的浓度可视为常数,这样NOx的浓度仅与Oz的浓度和火焰温度有关.过剩空气系数大(0:第l2期张雨成:DCS系统在水泥行业中的应用l65的浓度高),火焰温度高,NOx的浓度则高;反之,火焰温度低,在还原气氛中O:的浓度低,这时NOx的浓度则下降.在窑系统正常运转的情况下,其过剩的空气系统相对稳定,O:的浓度相对稳定,这时窑尾废气中的NOx只与烧成带火焰温度有关.火焰温度高.NOx浓度大;反之,NOx浓度小,且反映灵敏,时间滞后小.由于火焰温度是烧成带温度的主导因素,因此,一般均以NOx浓度作为烧成带温度变化的控制标志.2.1_2窑转矩根据熟料温度的不同,被窑壁带起的熟料量和被带起的高度也不同.熟料温度高,被带起的量多;反之,则少.因此,熟料温度高,窑转矩大,但是在窑内掉砖以及窑喂料量变化情况下,同样也会影响窑转矩的值.因此,当窑转矩与NOx浓度值,比色高温计测量的值发生逆向变化时,应考虑到窑内热平衡被某种因素所干扰,要么是窑喂料发生变化(人为的或窑喂料控制系统故障),要么是掉窑皮(或砖).掉窑皮可通过窑胴体扫描装置检测到.2.1.3窑尾气体温度合适的窑尾温度对于物料均匀预热,防止窑尾烟室,上升烟道以及旋风筒因温度过高而发生的物料粘结和堵塞非常重要,一般控制在900l100之间.2.1.4分解炉出口或最下一级旋风预热器出口温度这两个位置的温度,均能反映物料在分解炉内的分解情况,一般控制在850900之间.但是在无分解炉的状态下,出最下一级旋风预热器的气体温度通常控制在800850C范围,因为在这个温度范围内,可保证物料在分解炉内的分解状况稳定,从而使窑系统的整个热工制度稳定.否则不但会影响窑系统的热工平衡,还会造成分解炉及预热器系统物料结皮和堵料.2.1.5一级筒出口温度温度太高,说明喂料量与燃料量或用风量不匹配,会造成其它旋风预热器发生粘结和堵塞,或是已造成某一旋风筒发生堵塞.同样,温度过低,也说明喂料量与燃料不匹配,且使分解炉分解率偏低.因此,通常控制在320350范围.2.1.6窑尾,一级预热器出口气体成分分析一般均分析O,CO浓度,从而可了解窑内,分解炉内燃料的燃烧及通风状况一般窑尾O:控制在1.01.59/6,一级桶O:控制在3一5Voo左右,为的是既不能使燃料在过剩空气系数很少的情况下燃烧,产生大量的CO,危及窑尾电收尘器的安全;又不能在过剩空气量过大的状况下燃烧,增加热耗.而在正常生产过程中,风量,喂料量以及燃料量都是相对稳定在某一值,相互匹配,整个窑系统是平衡的.因此,当Oz,CO浓度发生变化时,在综合分析原因后,适当调整喂煤量(窑头或分解炉)就可控制Oz,CO值在设计范围内.2.1.7各级旋风预热器出口压力各级旋风预热器的压力测量,可帮助操作人员了解各级预热器工作是否正常,判断生料流动是否正常,有无漏风或堵塞现象.某级筒负压值低于设定值,说明该级或该级以下发生料粘结或堵塞,需尽快处理,严重的要立即停料.2.1.8三,四,五级旋风筒锥部压力测量三,四,五级筒锥部压力,可掌握它们的下料状况的好坏.当旋风筒温度过高发生料粘堵塞时,其锥部负压值就会下降.此时需立即采取措施,如用空气炮吹堵或人工捅料,但一定要做好防护安全措施,保证人身安全.2.1.9窑尾压力窑尾压力一般控制在一300Pa左右,通过检测窑尾负压值能帮助操作人员了解回转窑内气流阻力的变化情况.当负压值高于设计值范围,窑内可能出现结圈,并借鉴胴体扫描做出综合判断.2.1.1O窑尾排风机出口压力在窑系统与生料磨系统联合操作运行时,窑尾排出的废气用于生料磨系统烘干等,该点的测量是非常必要的.因为该点的负压值直接影响以上两个系统的操作平衡.当该点的负压值大于设定值或正压值较设定值小时,应将电收尘后的排风机阀门关小;反之,则开大阀门,以保证风量平衡.2.1.11电收尘入口气体温度不同生产厂家的电收尘器,对人口气体温度要求是不同的.因此,必须严格控制人口温度在规定的范围,以保证电收尘设备安全运行及防止气体冷凝结露,影响电收尘设备正常工作.一般都装有自动控制装置,当人L1温度超过极限,或人L1气体CO浓度值超过电收尘器安全规定值且温度也较高时,电收尘器的高压电源自动跳闸且报警.2.1_l2窑头负压一般要求保证窑头微负压,防止窑头喷火.另一方面,窑头负压稳定,也表征窑内通风及冷却机人窑二次风之间的平衡.通常增加篦冷机余风排风机166甘肃科技第23卷风量,窑头负压增大;反之减小.但是,在正常生产情况下,窑尾风机风量尽量保持不变,否则将影响整个窑系统的热工平衡.因此,均采用调节窑头电收尘出口阀门的开度来保持窑头罩为微负压.正常生产时,窑头负压一般保持在一0.1一0.05kPa.如产生正压,导致喷火,将危及窑头比色高温计及看火电视等仪器.2.1.13窑头电收尘器入口温度这对电收尘器安全正常工作十分重要.在窑系统出现不稳定时,从窑头掉下的熟料量变化较大,出现冷却机无法及时将熟料冷却,这时从冷却机抽出的热风温度就高,则需采取冷却机内喷水降温,一般要求废气温度小于200.2.1.14二次空气温度从工艺角度要求二次风温度必须稳定.因为二次风对于窑内燃烧的好坏,工作的稳定和煅烧过程中燃料的消耗都有较大的影响.以上参数都可以通过DCS直观的反映出来,为了方便操作人员更好的监控整个窑系统的生产过程3水泥生产线DCS自动回路优化控制水泥生产线控制回路的优化控制系统代表了水泥生产自动化的发展方向.回路优化控制取代了原有靠操作工人经验来维持水泥生产的热工稳定.国内外通过多年的研究和实践,认为以多条单回路优化控制来实现水泥生产线的自动化生产是可行的,有效的,必要的,它将大大提高水泥企业的控制水平.近几年来,回路优化控制已在水泥厂得到了大量的应用,取得了良好的效果.3.1窑尾喂料调节控制一般为两条回路.一条回路检测生料小仓重量,控制生料均化库下料流量阀的开度,保持生料小仓的料位稳定,减少调节回路的计量误差.另一条回路是通过测量冲击(或滑槽)流量计的物流量,调节生料小仓下料流量阀的开度,确保生料人窑量的稳定.即:(1)生料小仓重量=生料均化库下料流量阀开度(2)冲击流量计:生料仓下料流量阀开度3.2分解炉喂煤量控制分解炉内温度的稳定,有利于保持一定的分解率.一般通过测量最下级旋风预热器出口温度来控制喂煤调节阀.不太常在分解炉出口测温度,主要是该处的废气粉尘浓度太大,测温装置的使用寿命受到影响.分解炉最下级旋风筒出口温度:喂煤流量调节阀开度(或分格轮速度)3.3增湿塔出口废气温度控制根据湿塔出口气体温度自动控制增湿塔喷水量.增湿塔出口温度=喷水流量阀(喷水喷头数量)3.4窑头罩负压自动控制稳定窑头罩负压,保持二次风入窑相对平衡,有利于窑热工制度稳定.窑头罩正压会弓I起窑口喷火,损坏设备.但窑头罩负压过大,窑内通风过大,粉尘大,降低窑内温度,增加热耗.一般要求控制在微负压(一50Pa左右).窑头罩负压:篦冷机余风排风机阀门开度3.5冷却机篦速自动调节冷却机篦速检测的目的是为了保证篦床料层厚度,使熟料冷却均匀,入窑二次风温稳定,且保持冷却机安全运行.然而直接测量料层厚度相对来说比较困难,核放射测量仪(一辐射器)大多数工厂不愿使用,主要担心放射性辐射.根据流体力学理论,气体通过料层的阻力,与料层厚度成正比关系,因此可用一室篦下压力来间接反映料层的厚度.篦床速度的检测主要根据篦冷机的篦下压力变化调节,以实现稳定料层的要求.低但是,当出现大块料或掉窑皮时,料层厚度与篦下压力不再成正比关系,这时篦下压力非旦没有增加,反而下降.如根据上述方法调节,篦板速度也随之放慢,以致使篦板料层越积越厚,将会造成篦板烧坏,冷却机电机被烧坏.为此,必须增设监控参数,即电机电流.当篦下压力下降,而电机电流上升时,则此电机电流为主控参数,迫使篦板速度提高,不致造成以上事故.二妻喜詈第一高温段篦床速度3.6冷却机冷风风量自动调节为了使冷却机工作状况少受外界的干扰,同时也为了使冷却机篦下压力能够较真实地反映料层厚度,保持一五室的风量稳定是非常必要的,故采用一五室冷风风量自动调节各自的阀门开度.冷却机入口风量=相应的冷却风机入口阎门开度3.7窑头喂煤自动控制它是窑热工制度稳定的不可缺少的关键环节,可根据窑尾冷烟室温度来调节回转下料器的转速,从而保证定量给煤.(下转第142页)142甘肃科技第23卷商品需求,要着眼于技术进步上的合理化建议等广泛的群众性活动及通过企业内部培训,培育职工爱岗敬业和精益求精的精神,坚持现场生产活动中发现和改进实际问题,重视上下工序的互动,特别是在零部件生产和小商品生产中不断创造出新的技术.(3)加强对知识产权的积累和保护知识产权是企业无形资产,是企业品牌的主要支撑点,它的有效开发和经营管理是推动企业持续发展的重要保证.一个创意,一项发明,一项专利,往往会使一个企业从无到有,从小到大,从弱到强.企业要提高核心竞争力,就必须加快科技自主创新,加大科技投入的步伐,将技术成果以专利形式推向市场.知识产权的创造和应用能力,已上升为企业综合竞争力的一个主要特征.自主知识产权的创造,利用,保护和管理也会产生巨大效益.发达国家千方百计要保持专利,商标,版权,设计的快速发展.西部企业要加快技术进步,最重要的是要靠自主创新,实现科技上的独立,要积累和保护自己的知识产权.(4)深化企业科技创新体制与管理体制的改革管理和技术是推动经济发展的两个轮子.提高企业科技自主创新能力,需要有效的组织和机制,要对各种资源进行合理配置,特别是必须理顺各种关系,营造激发管理者和科技人员发挥创造精神的良(上接第166页)窑尾冷烟室温度:回转下料器转速3.8旋风预热器锥部自动吹堵控制当预热器锥部下料口负压值由于热工不稳定造成锥部堵料而下降时,自动启动压缩空气电磁阀,以防止或消除下料堵料现象.锥部负压:相应电磁阀开关另一方法,是采用PLC程序控制,实施连续循环吹扫,同样也可防止和消除堵料现象.3.9冷却机喷水控制.根据工艺设计,有时不需要冷却机喷水,另外,冷却机喷水系统设置形式也较多,因此,操作人员可根据具体的实际喷水控制系统了解和掌握.根据上述热工参数的检测和水泥生产线DCS自动回路优化控制的阐述,在烧成系统中设置两个现场控制站对烧成系统得设备进行监控和调节.可好环境.体制改革是发展的动力,也是实现科学发展,科技自主创新的重要保证.要从体