摘要：近20年來，水泥工業(yè)從技術(shù)、產(chǎn)品總量、裝備方面都得到巨大發(fā)展，特別是由于近年來計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)中的電氣控制方面也有了質(zhì)的飛躍。由原來的繼電器控制發(fā)展到DCs（集散計算機控制系統(tǒng)）。在水泥制造過程的三大部分（原料制備、熟料燒成和水泥制成）中，熟料燒成系統(tǒng)是個互相干擾因素多、控制復雜、在質(zhì)量和節(jié)能方面占有重要地位的關(guān)鍵過程?？梢哉f，熟料燒成DCS系統(tǒng)控制是對穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量、提高設(shè)備生產(chǎn)率以及能源的節(jié)約．都起著至關(guān)重要的作用。文章詳細分析燒成系統(tǒng)主要監(jiān)控參數(shù)及水泥生產(chǎn)線DCS自動回路優(yōu)化控制。 關(guān)鍵詞：熟料燒成系統(tǒng)；DCS系統(tǒng)；溫度；壓力；調(diào)節(jié)控制 1前言 　　水泥作為發(fā)展國民經(jīng)濟的主要的原材料，我國在近2O年的改革開放的形勢下，水泥工業(yè)不論從技術(shù)、產(chǎn)品總量、裝備方面都得到巨大發(fā)展但是我國水泥工業(yè)在工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品品種、技術(shù)裝備水平方面與世界先進水平尚有較大差距。為了使我國水泥工業(yè)更好的適應(yīng)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和改革開放參與國際市場競爭的需要，國家建材局提出了建材工業(yè)“由大變強，靠新出強”跨世紀戰(zhàn)略。同時新型干法技術(shù)提供了提高水泥設(shè)備的單機能力和功能的可能性，而追求高效率、高性能、低成本，促進了水泥裝備大型化的進程。設(shè)備大型化是實現(xiàn)工藝技術(shù)的手段和途徑。為達到此目的必須提高設(shè)備制造技術(shù)和與之相配套的原材料（耐熱、耐磨、耐火材料）的質(zhì)量，提高必要的檢測、保護裝置的靈敏可靠性。 　　由于近年來計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS這種分散控制，集中管理的集散型控制系統(tǒng)已經(jīng)在世界水泥工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。采用這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)電動機成組程序控制，過程量的采集、處理、顯示和調(diào)節(jié)。大大提高了勞動生產(chǎn)率，提高了工廠的管理和經(jīng)營水平。水泥工藝過程是處理固體和粉狀物料的生產(chǎn)過程，風、煤、料產(chǎn)生的熱工過程變化復雜，不可控因素較多。從過程控制的角度來看，是一個滯留時間長、時間常數(shù)大、外來干擾多、相互干擾關(guān)系復雜的過程。在水泥制造過程的三大部分（原料制備、熟料燒成和水泥制成）中，熟料燒成系統(tǒng)是個互相干擾因素多、控制復雜、在質(zhì)量和節(jié)能方面占有重要地位的關(guān)鍵過程。以下就水泥生產(chǎn)線中的熟料生產(chǎn)部分介紹DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)中的應(yīng)用。 2 熟料生產(chǎn)DCS控制 　　熟料燒成系統(tǒng)主要流程：來自原料制備系統(tǒng)的生料由第二級預熱器出口管路上加入，在5級旋風預熱器和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)與燃燒的高溫氣體進行熱交換，經(jīng)過窯內(nèi)燒成的熟料進入篦式冷卻機進行驟冷。因此燒成過程的三個部分（預熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機）相互干擾，形成反饋的動態(tài)情況。有時為了穩(wěn)定某個參數(shù)而采取相應(yīng)的操作，其結(jié)果不僅不能達目的，反而對其它參數(shù)產(chǎn)生不良的影響，造成整個窯系統(tǒng)的波動，因果關(guān)系復雜。由于水泥廠控制調(diào)節(jié)回路較多，系統(tǒng)參數(shù)要即時反映出窯內(nèi)熱工狀況，發(fā)揮DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程變量的優(yōu)點，并提供了強大的診斷報警功能，操作工人能即時準確的處理窯系統(tǒng)報警。DCS系統(tǒng)對保持窯內(nèi)熱工狀況穩(wěn)定和提高系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率起到至關(guān)重要的作用。 [b]2．1 燒成系統(tǒng)DCS主要監(jiān)控參數(shù) 2．1．1 燒成帶溫度[/b] 　　燒成帶的溫度控制，實際上是一個溫度場的問題，包括物料溫度、氣流溫度、火焰溫度等等。采用比色高溫計，可以直接測出火焰溫度。此外，檢測窯尾廢氣中的NOx濃度，也可以反映火焰溫度。因為NOx的形成同N2和O2的濃度及火焰溫度有關(guān)，在窯中Nz的濃度可視為常數(shù)，這樣NOx的濃度僅與O2的濃度和火焰溫度有關(guān)。過?？諝庀禂?shù)大（O2的濃度高），火焰溫度高，NOx的濃度則高；反之，火焰溫度低，在還原氣氛中O2的濃度低，這時NOx的濃度則下降。在窯系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的情況下，其過剩的空氣系統(tǒng)相對穩(wěn)定，O2的濃度相對穩(wěn)定，這時窯尾廢氣中的NOx只與燒成帶火焰溫度有關(guān)?；鹧鏈囟雀?。NOx濃度大；反之，NOx濃度小，且反映靈敏，時間滯后小。由于火焰溫度是燒成帶溫度的主導因素，因此，一般均以NOx濃度作為燒成帶溫度變化的控制標志。 2．1.2 窯轉(zhuǎn)矩 　　根據(jù)熟料溫度的不同，被窯壁帶起的熟料量和被帶起的高度也不同。熟料溫度高，被帶起的量多；反之，則少。因此，熟料溫度高，窯轉(zhuǎn)矩大，但是在窯內(nèi)掉磚以及窯喂料量變化情況下，同樣也會影響窯轉(zhuǎn)矩的值。因此，當窯轉(zhuǎn)矩與NOx濃度值、比色高溫計測量的值發(fā)生逆向變化時，應(yīng)考慮到窯內(nèi)熱平衡被某種因素所干擾，要么是窯喂料發(fā)生變化（人為的或窯喂料控制系統(tǒng)故障），要么是掉窯皮（或磚）。掉窯皮可通過窯胴體掃描裝置檢測到。 2．1．3 窯尾氣體溫度 　　合適的窯尾溫度對于物料均勻預熱，防止窯尾煙室、上升煙道以及旋風筒因溫度過高而發(fā)生的物料粘結(jié)和堵塞非常重要，一般控制在900～ 1100℃之間。 2．1．4 分解爐出口或最下一級旋風預熱器出口溫度 　　這兩個位置的溫度，均能反映物料在分解爐內(nèi)的分解情況，一般控制在850～900℃之間。但是在無分解爐的狀態(tài)下，出最下一級旋風預熱器的氣體溫度通?？刂圃?00～850 C范圍，因為在這個溫度范圍內(nèi)，可保證物料在分解爐內(nèi)的分解狀況穩(wěn)定，從而使窯系統(tǒng)的整個熱工制度穩(wěn)定。否則不但會影響窯系統(tǒng)的熱工平衡，還會造成分解爐及預熱器系統(tǒng)物料結(jié)皮和堵料。 2．1．5 一級筒出口溫度 　　溫度太高，說明喂料量與燃料量或用風量不匹配，會造成其它旋風預熱器發(fā)生粘結(jié)和堵塞，或是已造成某一旋風筒發(fā)生堵塞。同樣，溫度過低，也說明喂料量與燃料不匹配，且使分解爐分解率偏低。因此，通?？刂圃?20～350℃范圍。 2．1．6 窯尾、一級預熱器出口氣體成分分析 　　一般均分析O2、CO濃度，從而可了解窯內(nèi)、分解爐內(nèi)燃料的燃燒及通風狀況 一般窯尾O2控制在1．0 ～1．5％，一級桶O2控制在3 一5％左右，為的是既不能使燃料在過?？諝庀禂?shù)很少的情況下燃燒，產(chǎn)生大量的CO，危及窯尾電收塵器的安全；又不能在過?？諝饬窟^大的狀況下燃燒，增加熱耗。而在正常生產(chǎn)過程中，風量、喂料量以及燃料量都是相對穩(wěn)定在某一值，相互匹配，整個窯系統(tǒng)是平衡的。因此，當O2、CO濃度發(fā)生變化時，在綜合分析原因后，適當調(diào)整喂煤量（窯頭或分解爐）就可控制O2、CO值在設(shè)計范圍內(nèi)。 2．1．7 各級旋風預熱器出口壓力 　　各級旋風預熱器的壓力測量，可幫助操作人員了解各級預熱器工作是否正常，判斷生料流動是否正常，有無漏風或堵塞現(xiàn)象。某級筒負壓值低于設(shè)定值，說明該級或該級以下發(fā)生料粘結(jié)或堵塞，需盡快處理，嚴重的要立即停料。 2．1．8 三、四、五級旋風筒錐部壓力 　　測量三、四、五級筒錐部壓力，可掌握它們的下料狀況的好壞。當旋風筒溫度過高發(fā)生料粘堵塞時，其錐部負壓值就會下降。此時需立即采取措施，如用空氣炮吹堵或人工捅料，但一定要做好防護安全措施，保證人身安全。 2．1．9 窯尾壓力 　　窯尾壓力一般控制在一300Pa左右，通過檢測窯尾負壓值能幫助操作人員了解回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣流阻力的變化情況。當負壓值高于設(shè)計值范圍，窯內(nèi)可能出現(xiàn)結(jié)圈，并借鑒胴體掃描做出綜合判斷。 2．1．1O 窯尾排風機出口壓力 　　在窯系統(tǒng)與生料磨系統(tǒng)聯(lián)合操作運行時，窯尾排出的廢氣用于生料磨系統(tǒng)烘干等，該點的測量是非常必要的。因為該點的負壓值直接影響以上兩個系統(tǒng)的操作平衡。當該點的負壓值大于設(shè)定值或正壓值較設(shè)定值小時，應(yīng)將電收塵后的排風機閥門關(guān)?。环粗?，則開大閥門，以保證風量平衡。 2．1．11 電收塵入口氣體溫度 　　不同生產(chǎn)廠家的電收塵器，對人口氣體溫度要求是不同的。因此，必須嚴格控制人口溫度在規(guī)定的范圍，以保證電收塵設(shè)備安全運行及防止氣體冷凝結(jié)露，影響電收塵設(shè)備正常工作。一般都裝有自動控制裝置，當人L1溫度超過極限，或人L1氣體CO濃度值超過電收塵器安全規(guī)定值且溫度也較高時，電收塵器的高壓電源自動跳閘且報警。 2．1.12窯頭負壓 　　一般要求保證窯頭微負壓，防止窯頭噴火。另一方面，窯頭負壓穩(wěn)定，也表征窯內(nèi)通風及冷卻機人窯二次風之間的平衡。通常增加篦冷機余風排風機風量，窯頭負壓增大；反之減小。但是，在正常生產(chǎn)情況下，窯尾風機風量盡量保持不變，否則將影響整個窯系統(tǒng)的熱工平衡。因此，均采用調(diào)節(jié)窯頭電收塵出口閥門的開度來保持窯頭罩為微負壓。正常生產(chǎn)時，窯頭負壓一般保持在一0．1～ 一0．05kPa。如產(chǎn)生正壓，導致噴火，將危及窯頭比色高溫計及看火電視等儀器。 2．1．13 窯頭電收塵器入口溫度 　　這對電收塵器安全正常工作十分重要。在窯系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定時，從窯頭掉下的熟料量變化較大，出現(xiàn)冷卻機無法及時將熟料冷卻，這時從冷卻機抽出的熱風溫度就高，則需采取冷卻機內(nèi)噴水降溫，一般要求廢氣溫度小于200℃。 2．1．14 二次空氣溫度 　　從工藝角度要求二次風溫度必須穩(wěn)定。因為二次風對于窯內(nèi)燃燒的好壞、工作的穩(wěn)定和煅燒過程中燃料的消耗都有較大的影響。 　　以上參數(shù)都可以通過DCS直觀的反映出來，為了方便操作人員更好的監(jiān)控整個窯系統(tǒng)的生產(chǎn)過程 3 水泥生產(chǎn)線DCS自動回路優(yōu)化控制 　　水泥生產(chǎn)線控制回路的優(yōu)化控制系統(tǒng)代表了水泥生產(chǎn)自動化的發(fā)展方向?；芈穬?yōu)化控制取代了原有靠操作工人經(jīng)驗來維持水泥生產(chǎn)的熱工穩(wěn)定。國內(nèi)外通過多年的研究和實踐，認為以多條單回路優(yōu)化控制來實現(xiàn)水泥生產(chǎn)線的自動化生產(chǎn)是可行的、有效的、必要的，它將大大提高水泥企業(yè)的控制水平。近幾年來，回路優(yōu)化控制已在水泥廠得到了大量的應(yīng)用，取得了良好的效果。 3．1 窯尾喂料調(diào)節(jié)控制 　　一般為兩條回路。一條回路檢測生料小倉重量，控制生料均化庫下料流量閥的開度，保持生料小倉的料位穩(wěn)定，減少調(diào)節(jié)回路的計量誤差。另一條回路是通過測量沖擊（或滑槽）流量計的物流量，調(diào)節(jié)生料小倉下料流量閥的開度，確保生料人窯量的穩(wěn)定。即： 　?。?）生料小倉重量=生料均化庫下料流量閥開度（2）沖擊流量計：生料倉下料流量閥開度。 3．2 分解爐喂煤量控制 　　分解爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定，有利于保持一定的分解率。一般通過測量最下級旋風預熱器出口溫度來控制喂煤調(diào)節(jié)閥。不太常在分解爐出口測溫度，主要是該處的廢氣粉塵濃度太大，測溫裝置的使用壽命受到影響。 　　分解爐最下級旋風筒出口溫度：喂煤流量調(diào)節(jié)閥開度（或分格輪速度）。 3．3 增濕塔出口廢氣溫度控制 　　根據(jù)濕塔出口氣體溫度自動控制增濕塔噴水量。 　　增濕塔出口溫度=噴水流量閥（噴水噴頭數(shù)量） 3．4 窯頭罩負壓自動控制 　　穩(wěn)定窯頭罩負壓，保持二次風入窯相對平衡，有利于窯熱工制度穩(wěn)定。窯頭罩正壓會弓I起窯口噴火，損壞設(shè)備。但窯頭罩負壓過大，窯內(nèi)通風過大，粉塵大，降低窯內(nèi)溫度，增加熱耗。一般要求控制在微負壓（一50Pa左右）。 　　窯頭罩負壓：篦冷機余風排風機閥門開度。 3．5 冷卻機篦速自動調(diào)節(jié) 　　冷卻機篦速檢測的目的是為了保證篦床料層厚度，使熟料冷卻均勻，入窯二次風溫穩(wěn)定，且保持冷卻機安全運行。然而直接測量料層厚度相對來說比較困難，核放射測量儀（ 一輻射器）大多數(shù)工廠不愿使用，主要擔心放射性輻射。根據(jù)流體力學理論，氣體通過料層的阻力，與料層厚度成正比關(guān)系，因此可用一室篦下壓力來間接反映料層的厚度。篦床速度的檢測主要根據(jù)篦冷機的篦下壓力變化調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)穩(wěn)定料層的要求。低但是，當出現(xiàn)大塊料或掉窯皮時，料層厚度與篦下壓力不再成正比關(guān)系，這時篦下壓力非旦沒有增加，反而下降。如根據(jù)上述方法調(diào)節(jié)，篦板速度也隨之放慢，以致使篦板料層越積越厚，將會造成篦板燒壞，冷卻機電機被燒壞。為此，必須增設(shè)監(jiān)控參數(shù)，即電機電流。當篦下壓力下降，而電機電流上升時，則此電機電流為主控參數(shù)，迫使篦板速度提高，不致造成以上事故。 3．6 冷卻機冷風風量自動調(diào)節(jié) 　　為了使冷卻機工作狀況少受外界的干擾，同時也為了使冷卻機篦下壓力能夠較真實地反映料層厚度，保持一～五室的風量穩(wěn)定是非常必要的，故采用一～ 五室冷風風量自動調(diào)節(jié)各自的閥門開度。冷卻機入口風量=相應(yīng)的冷卻風機入口閻門開度 3．7 窯頭喂煤自動控制 　　它是窯熱工制度穩(wěn)定的不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可根據(jù)窯尾冷煙室溫度來調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)下料器的轉(zhuǎn)速，從而保證定量給煤。 　　窯尾冷煙室溫度：回轉(zhuǎn)下料器轉(zhuǎn)速 3．8 旋風預熱器錐部自動吹堵控制 　　當預熱器錐部下料口負壓值由于熱工不穩(wěn)定造成錐部堵料而下降時，自動啟動壓縮空氣電磁閥，以防止或消除下料堵料現(xiàn)象。 　　錐部負壓：相應(yīng)電磁閥開關(guān) 　　另一方法，是采用PLC程序控制，實施連續(xù)循環(huán)吹掃，同樣也可防止和消除堵料現(xiàn)象。 3．9 冷卻機噴水控制。 　　根據(jù)工藝設(shè)計，有時不需要冷卻機噴水，另外，冷卻機噴水系統(tǒng)設(shè)置形式也較多，因此，操作人員可根據(jù)具體的實際噴水控制系統(tǒng)了解和掌握。 　　根據(jù)上述熱工參數(shù)的檢測和水泥生產(chǎn)線DCS自動回路優(yōu)化控制的闡述，在燒成系統(tǒng)中設(shè)置兩個現(xiàn)場控制站對燒成系統(tǒng)得設(shè)備進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)?？珊脼樗嗥髽I(yè)帶來以下幾方面的效益： 　　穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量 　　提高了設(shè)備生產(chǎn)率 　　減小了人為誤差 　　增強了調(diào)節(jié)的實時性 　　保證了整個熱工制度的穩(wěn)定 　　節(jié)約了大量能源 　　結(jié)束語：綜上所述，隨著水泥行業(yè)不斷向大型化、智能化的發(fā)展，DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)中起著越來越重要的作用。必將成為水泥生產(chǎn)企業(yè)不可取代的主要生產(chǎn)控制方式。 參考文獻： [1] 余興敏．新型干法實用技術(shù)全書．中國建材工業(yè)出版杜 [2] 羅安．王常力．分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計與應(yīng)用實例．電子工業(yè)出版社 [3] 孫晉濤．硅酸鹽熱工基礎(chǔ)．武漢理工大學出版社