水泥風(fēng)機(jī)的節(jié)能控制模式研究

摘要：只有當(dāng)球磨機(jī)工作在優(yōu)化區(qū)時，球磨機(jī)的出力才一能達(dá)到最大，此時球磨機(jī)的效率最高且節(jié)省廠用電。在不穩(wěn)定區(qū)時容易發(fā)生堵磨，使球磨機(jī)的效率下降，此時需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的需風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是讓風(fēng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)下憑借工人的工作經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)口閥門的開度大小進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量的多少，同樣造成了電能的大量浪費(fèi)。本課題中采用自動化技術(shù)融合智能控制算法對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制以調(diào)節(jié)水泥廠球磨機(jī)需風(fēng)量。

關(guān)鍵詞：水泥風(fēng)機(jī)節(jié)能設(shè)計

中圖分類號：TM5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X(2011)03(a)-0125-01

1 水泥生產(chǎn)工藝流程

水泥的生產(chǎn)過程通常概括為“二磨一燒”三個階段，先將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料;再將生料在水泥窯內(nèi)鍛燒至熔融以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料的過程，稱為熟料鍛燒;將熟料加適量石膏、混合材料共同磨細(xì)為水泥，并包裝或散裝出廠，稱為水泥粉磨。實(shí)際上，水泥的生產(chǎn)過程還有許多工序環(huán)節(jié)，“兩磨一燒”僅是將水泥生產(chǎn)中的主要工序高度概括而已。不同的生產(chǎn)方法、不同的裝備技術(shù)，其水泥生產(chǎn)過程亦有差異，但基本生產(chǎn)工藝流程差別不大。

目前水泥熟料粉磨工藝技術(shù)大致有3種方案，第一種方案是球磨機(jī)開路粉磨系統(tǒng)，主要的粉磨設(shè)備是球磨機(jī)，它將硬度不同的水泥熟料等混合物料同時送入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉磨，物料通過球磨機(jī)后即為成品，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是流程簡單、投資少，缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象。第二種方案是球磨機(jī)閉路粉磨系統(tǒng)，閉路粉磨是指水泥熟料經(jīng)過球磨機(jī)排出的水泥粉體先被送到選粉機(jī)后，將磨好的水泥分為成品和粗粉，粗粉被送回磨機(jī)再粉磨。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了過粉磨現(xiàn)象、提高了產(chǎn)量、降低了電耗、且產(chǎn)品容易控制，缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備的投資大、操作系統(tǒng)復(fù)雜。第三種方案是采用輥壓機(jī)的預(yù)粉磨系統(tǒng)，先采用輥壓機(jī)將水泥熟料粉磨以減少物料的粒度，同時還能夠使物料的巖相結(jié)構(gòu)受到破壞，從而提高物料的易磨性，然后將預(yù)粉磨完成的物料送進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，這種方案與傳統(tǒng)方案相比具有粉磨效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，有利于磨機(jī)增產(chǎn)節(jié)能。半終粉磨是一種典型的預(yù)粉磨系統(tǒng)，它主要包括水泥調(diào)配站、輥壓機(jī)、選粉機(jī)和球磨機(jī)等幾部分組成。在水泥調(diào)配站中根據(jù)不同的水泥型號以及熟料的成分調(diào)節(jié)熟料、石膏和輔助原料的喂料的比例，通過給料機(jī)的皮帶秤配料稱重，配制好的原料經(jīng)過提升機(jī)提升至輥壓料倉，通過定量喂料機(jī)將料倉中的料送至輥壓機(jī)進(jìn)行預(yù)粉磨處理，進(jìn)而節(jié)省物料在球磨機(jī)中的粉磨時間，提高粉磨的質(zhì)量。

2 粉磨設(shè)備介紹

2.1 球磨機(jī)

球磨機(jī)是水泥制粉系統(tǒng)中必用的粉磨設(shè)備之一，且廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)，主要因為它具有較高的運(yùn)行可靠性，維護(hù)簡單，檢修成本低等優(yōu)點(diǎn)。但球磨機(jī)也存在耗電高，難以準(zhǔn)確的測量球磨機(jī)中的料量，系統(tǒng)運(yùn)行自動化程度低等不足。球磨機(jī)主要由電動機(jī)、減速機(jī)、齒輪傳動裝置、圓柱形滾筒及進(jìn)料口、出料口等幾部分組成。圓柱形滾筒是球磨機(jī)的一個重要的設(shè)備，它內(nèi)裝鋼球，內(nèi)壁襯有波浪型錳鋼護(hù)甲的圓筒。筒體的一側(cè)為原料進(jìn)口，另一側(cè)為產(chǎn)品的出口。在電動機(jī)、減速裝置的帶動下，滾筒以低速旋轉(zhuǎn)，在離心力和摩擦力的作用下，鋼球和水泥熟料被護(hù)甲提升至一定的高度，在重力的作用下自由下落，原料主要被鋼球擊碎，同時還受到鋼球與鋼球之間及鋼球與內(nèi)壁護(hù)甲之間的擠壓與研磨，物料在第一倉進(jìn)行粗磨處理后，經(jīng)過單層隔倉板，進(jìn)入第二倉，(該倉內(nèi)鑲有平襯板，內(nèi)有鋼球)能將物料進(jìn)一步研磨，使原料從粗到細(xì)，最后達(dá)到成品細(xì)度和級配要求。

2.2 輥壓機(jī)

輥壓機(jī)又稱為擠壓磨，是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種新型粉磨設(shè)備，它由兩個相向同步轉(zhuǎn)動的擠壓輥組成，一個為固定輥，另一個為活動輥。物料從兩輥上方加入，被擠壓輥連續(xù)帶入輥間，受到50～100MPa的高壓作用后，變成密實(shí)的料餅，從機(jī)下排出。排出的料餅，一部分成為一定比例的細(xì)粒成品，另一部分非成品其顆粒的內(nèi)部產(chǎn)生了大量裂紋，在進(jìn)一步粉碎過程中，可以降低粉磨能耗。輥壓機(jī)的主要特點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。(2)可提高產(chǎn)量，降低能耗。(3)占用空間小，操作維修較方便。

3 水泥風(fēng)機(jī)節(jié)能控制方案設(shè)計

球磨機(jī)工作只有運(yùn)行在優(yōu)化區(qū)時，其出力才能達(dá)到最大，此時球磨機(jī)的效率最高且節(jié)省廠用電。在常規(guī)區(qū)鋼球50%的能量都是無效的，造成了能量的大量浪費(fèi)，而在不穩(wěn)定區(qū)時容易發(fā)生堵磨，使球磨機(jī)的效率下降，此時需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的需風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是讓風(fēng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)下憑借工人的工作經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)口閥門的開度大小進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量的多少，同樣造成了電能的大量浪費(fèi)。本課題中采用自動化技術(shù)融合智能控制算法對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制以調(diào)節(jié)水泥廠球磨機(jī)需風(fēng)量。

采用工控機(jī)和人機(jī)界面觸摸屏為上位機(jī)作監(jiān)控單元，監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行；采用可編程控制器（PLC）為控制單元，控制調(diào)節(jié)變頻器進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)及給料設(shè)備。在上位機(jī)和可編程控制器中，將水泥專家在水泥熟料磨中的專業(yè)知識和經(jīng)驗融合到控制系統(tǒng)中，利用模糊PID控制器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)球磨機(jī)的特性分析得知，控制好球磨機(jī)中的存粉量并使其運(yùn)行在優(yōu)化運(yùn)行區(qū)時，既節(jié)能又高效。根據(jù)水泥熟料含水量及易磨性，在上位機(jī)中輸入檢測值，系統(tǒng)根據(jù)專家的經(jīng)驗設(shè)定值控制球磨機(jī)料量的送料速度和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

如果球磨機(jī)工作在常規(guī)區(qū)時，控制變頻器使其風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速適用需風(fēng)量的要求。若球磨機(jī)工作在不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)時，此時控制系統(tǒng)利用變頻器較大范圍的提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高物料的出料流量，若僅靠提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能使球磨機(jī)從不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)調(diào)整到優(yōu)化運(yùn)行區(qū)時，此時通過變頻器調(diào)整球磨機(jī)給料設(shè)備送料速率使球磨機(jī)工作在優(yōu)化運(yùn)行區(qū)，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)時，再將給料設(shè)備的運(yùn)行速度恢復(fù)至原設(shè)定值。若堵磨現(xiàn)象嚴(yán)重，停止球磨機(jī)供料，通過風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)球磨機(jī)中的料量。若球磨機(jī)工作在優(yōu)化運(yùn)行區(qū)時，在小范圍內(nèi)的調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，以滿足球磨機(jī)的需要?？刂葡到y(tǒng)中控制器PLC同上位機(jī)之間通過工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET通信，控制器PLC與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及信號測量裝置之間采用FROFIBU通信。

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