熟料生產線增濕塔控制系統優化

摘 要：千業水泥二期4 500t/d熟料生產線于2011年投產運行，增濕塔運行時采用了變頻調速控制噴水量的方式，即根據增濕塔出口溫度調節水泵的轉速，從而控制噴水量大小。但在使用和維護過程中也發現了較多問題，如增濕塔多次濕底等。為使該系統更好地運行，筆者對其控制系統進行了優化和改進。

關鍵詞：增濕塔；PID調節；廢氣處理；立磨

中圖分類號：TQ172.61 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0051-02

Optimization of Humidification Tower Control

System in Clinker Production Line

SHE Yongming1 LI Ran2

（1.Henan College of Industry Information Technology，Jiaozuo Henan 454000；

2.Jiaozuo Qianye Cement Co.， Ltd.，Jiaozuo Henan 454000）

Abstract： The second 4 500t/d clinker production line of Qianye Cement Co.， Ltd. put into operation in 2011. When the humidification tower is running ， the method of variable frequency speed regulation is adopted to control the amount of water spraying. In order to make the system run better， the control system was optimized and improved.

Keywords： humidification tower；PID regulation；tail gas treatment；vertical mill

1 研究背景

在新型干法水泥熟料燒成系統中，會產生溫度達300℃以上的大量廢氣，如窯尾預熱器出口的廢氣溫度通常為300～420℃。就當前環保除塵技術而言，無論是靜電除塵器還是布袋除塵器，都不能直接對此類煙氣進行高效除塵，只有通過改變此類含塵煙氣的溫度和濕度，才能使除塵設備對此類煙氣有高效的收塵能力，凈化后的氣體才能達到《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915—2013）的排放要求。增濕塔運行效果的好壞直接影響窯尾除塵器的除塵效率、濾袋的使用壽命、廢氣排放的達標率和回轉窯的運轉率。因此，在新型干法水泥熟料生產工藝中，增濕塔具有非常重要的作用。

千業水泥二期4 500t/d熟料生產線所采用的增濕塔噴霧系統的主要參數如下。設計尺寸：[Φ]9.5m×45m；設計處理風量：860 000m3/h；煙氣進口溫度：350℃（短時450℃）；煙氣目標出口溫度：120～150℃[1]。

2 增濕塔控制系統存在的問題

改造前，增濕塔系統采用的是回流式噴水系統，操作方式為手動操作，不能隨廢氣溫度變化而自動控制噴水量，人為主觀控制影響因素較多，時有噴水量過大而造成增濕塔濕底故障，需停磨處理，影響立磨的運轉率和回轉窯系統的穩定性。在長期生產運行中，增濕塔控制系統存在的問題較多，主要表現在以下兩方面。

①在工藝系統突然發生變化時（主要指生料磨的開停、回轉窯臨停等），中控操作員無法及時準確地調整水泵轉速（噴水量），經常因過量的噴水造成增濕塔濕底，使出料斜槽堵死，從而影響正常生產，或因噴水量過小導致溫度過高，影響除塵效率或使收塵器濾袋損壞[2]。

②該噴水系統在高水壓下長期運行，系統閥門及噴槍容易損壞漏水，需經常維修或更換，運行費用較高，工作量較大。

3 優化增濕塔控制系統的措施

3.1 增加PID自動調節程序

在長期的生產過程中，我們探索出了增濕塔系統的噴水控制規律，為解決實際問題提供了依據。該熟料生產線所用的編程軟件中自帶有PID控制模塊，通過修改DCS程序，嵌入PID溫度自動調節程序，一般需要調整的是PID控制模塊的P（比例）、I（積分）、D（微分）設定值，以實現對增濕塔系統出口溫度信號的采集、跟蹤、計算和處理，使該系統的出口溫度滿足實際要求。

PID參數要根據增濕塔出口溫度的實際變化情況進行設置（增濕塔出口溫度與水泵轉速變化的反映速度），參數設定的大小關系到電除塵器進口廢氣溫度控制的準確性和穩定性。因此，合理設置參數尤為重要。對于不同PID控制回路的參數調整，雖然調試人員已經積累了部分經驗，但每個參數不可能適應所有的應用場所，且同一控制點的參數也會在不同項目中有所差異。這就需要調試人員在現場調試過程中進一步去摸索。調整PID參數是一個繁瑣而漫長的過程，調試人員要根據自身經驗，結合不同的工作條件，反復調整，發現規律，找到最合適的參數。

3.2 增加水池液位浮球閥

增濕塔運行期間，為避免水箱缺水或溢出，工作人員需要經常查看水箱內的液位。為了有效控制水箱的水量，我們采用了液位浮球閥，適合時打開或切斷閥芯輸入水流或阻止水流外泄。其具有以下優勢：液位控制準確，水位不受壓力波動干擾，開閉緊密不漏水，浮球靈活，維護保養簡單，資金投入也很小。

3.3 增加噴嘴堵塞報警

水質較差、管路中的鐵銹及過濾器損壞均有可能導致噴嘴堵塞。噴嘴嚴重堵塞時，會造成泵的損壞。正常情況下，隨著泵速的提高，液體的壓力也會隨之上升，與此同時水流量相應增加，噴霧量增加；相反，當泵轉速下降時，液體壓力隨之下降，流量減小，噴霧量減小。

堵塞預先報警邏輯為：變頻器設置輸出頻率不變（即泵的轉速不變），采樣流量值比正常情況低10%以上，采樣壓力值大于正常值的30%。當這種情況發生時，發出“請檢查噴嘴，可能部分堵塞！”的報警，提醒中控控制人員檢查噴嘴，避免其進一步堵塞。實踐證明，該功能切實起到了預防的作用。

4 應用效果

4.1 直接經濟效益

①自增濕塔自動噴水改造成功后，在立磨系統停機時，窯系統窯尾廢氣中粉塵經增濕塔后不再外排，經鉸刀后進入生料庫，每小時約10t，每周立磨庫滿停機約16h，由此可計算得出每月增加生料的產量：10×16×4=640t，每年按生產9個月計算，則增加生料產量：640×9=5 760t。目前，噸生料電耗在20kW·h/t，每度電按0.5元計算。每年可節約電費：5 760×20×0.5=57 600元。

②增濕塔在外排情況下，每周需要安排3t鏟車工作4h將外排粉塵清理到圓堆，鏟車每小時油耗約為18L，柴油價格為5元/L，則每年可節約油費：18×4×4×9×5=12 960元。

4.2 間接效益

①在回轉窯開停、生料磨庫滿停機時，水泵可實現根據設定的溫度參數自動調速，實現無人化操作。

②在窯系統正常運行的過程中，無論是開磨或停磨，當增濕塔系統出口溫度發生變化時，其噴水自動控制系統均能及時、準確地跟蹤，達到系統噴水量自動調節的目的，使增濕塔出口溫度穩定在設定溫度之內（誤差±1℃），滿足了廢氣處理特性的要求，確保了除塵器能高效運行和達標排放。

③改造前，噴水系統一直處于3.2MPa左右，供水系統水泵及閥門易漏水，需經常維修或更換，運行費用較高。改造后，噴水系統處于1.7MPa狀態，系統水泵及閥門不易損壞，運行費用較低。

④杜絕了增濕塔濕底現象，減輕了工人勞動強度，減少了立磨的臨停，提高了運轉率，穩定了窯的生產工藝，提高了產品質量和產量。

⑤減少了清理增濕塔底部灰塵的工作量，避免在轉運過程中的揚塵，給清潔生產帶來了較大好處，一定程度上減輕了環保壓力。

5 結語

筆者通過總結以往的經驗，優化了增濕塔控制系統，并將其應用于項目中。通過優化控制系統，可以提高增濕塔的使用效率，提高控制精度，避免由噴水量過大而造成的濕底現象。通過對增濕塔運行和自動系統的分析和長期觀察，對系統進行優化，增加了PID程序，優化了相關參數，得到了良好的反饋，同時也積累了寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]向昭東，肖云，袁棟林，等.增濕塔控制系統的優化和改進[J].水泥，2009（3）：57-58.

[2]張楠，羅洪秦.增濕塔噴水控制系統的優化[J].水泥，2015（9）：47-48.