如何更好地進行生料質(zhì)量控制

　　生料質(zhì)量控制是干法水泥生產(chǎn)線實施水泥質(zhì)量控制和保證窯穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，它包含了三方面的內(nèi)容：原料計量、成分分析、配比調(diào)整。

　　生料質(zhì)量控制應達到的基本目的：控制熟料的三個率值穩(wěn)定。 

　　為達到生料質(zhì)量控制的基本目，水泥企業(yè)在原料計量、成分分析方面均有設備投入，采用計算機控制生料質(zhì)量就成為了水泥企業(yè)生料質(zhì)量控制的發(fā)展方向。 

　　現(xiàn)狀：成分配料與率值配料并存

　　生料質(zhì)量控制系統(tǒng)有很多：日本IHI質(zhì)量控制系統(tǒng)、丹麥史密斯QCX系統(tǒng)、伯利休斯POLAB系統(tǒng)、ABB—OS—CA—MLX、SINENS等等；國內(nèi)的設計院等單位吸收了國外生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的一些優(yōu)點，并結合我國國情及我國水泥廠工藝過程特點也開發(fā)了一系列生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。 

　　如此多的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，究竟使用情況如何呢？

　　中、小型水泥企業(yè)：生料成分配料控制系統(tǒng)。由于中、小型水泥企業(yè)沒有能力配置價格昂貴的X熒光分析儀，只能采用人工化學分析方法或鈣鐵分析儀測定出磨生料中CaO、Fe2O3含量。測定出磨生料CaO、Fe2O3含量成分作為生料質(zhì)量控制指標的控制系統(tǒng)，稱為生料成分配料控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以生料CaO、Fe2O3控制為目的，正確的使用能夠得到較高的生料CaO、Fe2O3合格率，但是由于未考慮SiO2、Al2O3的控制，隨著原料的SiO2、Al2O3變化，生料率值易發(fā)生較大的波動。該方法是對于三組分配料企業(yè)，仍有一定的價值；對于四組分配料的企業(yè)已無法滿足生料配料要求。

　　大、中型水泥企業(yè)：生料率值配料控制系統(tǒng)。生料率值配料控制系統(tǒng)配置多元素分析儀，根據(jù)分析結果可進行生料率值的控制，控制周期為0.5～1h。控制策略以累計控制為主，輔以傾向控制?？刂栖浖邆淠C的數(shù)學模型、累計產(chǎn)量和配比算法、原料成分推算、偏差計算、解配料方程組算法等等。實際上，生料率值合格率并非都能取得理想的效果，究其原因一般主要有原料波動大，均化效果低；熒光分析儀分析值發(fā)生偏差（尤其是SiO2、Al2O3值）等等原因。

　　生料率值配料控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但是生料質(zhì)量控制是一個比較復雜的問題，生料率值配料控制系統(tǒng)是否能夠保證我們高忱無憂呢？

　　弊?。涸砼c結構是根

　　生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的原理：首先生料配料控制系統(tǒng)根據(jù)各原料化學成分、煤灰的化學成分、煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)以及熟料要求的三率值和熱耗進行配料計算，求出生料的KH、n、P三率值控制目標和石灰石、粘土、鐵粉以及校正原料初始喂料配比，而后生料質(zhì)量控制系統(tǒng)將各原料的初始配比傳送給DCS控制系統(tǒng)控制電子喂料皮帶秤進行喂料。由于原料成分的波動，系統(tǒng)每過一段時間從生料取樣器中取出具有代表性的出磨生料樣品和均化庫出口生料樣品，通過X熒光分析儀分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成份并自動傳送給配料計算機。計算機算出一個周期內(nèi)的實測KH、n、P以及它們與目標值之間的偏差，生料質(zhì)量控制系統(tǒng)按一定的優(yōu)化算法求出新的物料配比。在幾個周期內(nèi)將均化庫出口生料三率值控制在要求的范圍內(nèi)，確保入窯生料KH、n、P三率值的合格率達到規(guī)定要求。

　　上述控制方案源于德國Polysius公司推出的POLAB系統(tǒng)，多年來被作為經(jīng)典模式一直沿襲至今。

　　這種通用型控制系統(tǒng)作為一種成熟的技術，對出磨生料三率值的控制發(fā)揮了巨大的作用。但業(yè)內(nèi)人士表示，實際使用中還有一些不盡如人意之處。

　　系統(tǒng)結構造成的“長滯后性”。一般情況下，控制調(diào)整的周期至少30分鐘。這樣就造成每次新的調(diào)整指令都是根據(jù)至少30分鐘前出磨生料配料的成分波動情況而下達的。當執(zhí)行該指令時，出磨生料已為成品入均化庫，入磨原料成分也已發(fā)生了變化。這種現(xiàn)象被稱為 “長滯后性”，它是系統(tǒng)的致命弱點。

　　生料庫內(nèi)形成不均勻料層。由于上述原因，生料均化庫內(nèi)會形成一個控制周期（0.5~1h）為界的不均勻料層，僅靠改變卸料方式或在小混合室中吹拌是很難將其均化均勻的。

　　使用環(huán)境要求高，土建投資大。X熒光分析儀及制樣設備要求有高標準的機房和維護條件，需要有相應的土建及設備投資，有較多的專業(yè)技術人員和操作工人。若采用人工取樣制樣，則可能產(chǎn)生樣品代表性的隨機誤差。

　　據(jù)了解，許多新型干法企業(yè)表示，水泥生料的均化效果不好。這些不盡如人意的地方就是造成均化效果較差的重要原因。
改進：經(jīng)典與前衛(wèi)對決 生料制備過程中均化效果較差，直接影響整條生產(chǎn)線生產(chǎn)的“均衡穩(wěn)定”，造成產(chǎn)、質(zhì)量得不到有效的保證。

　　經(jīng)過業(yè)內(nèi)專家、教授的研究和探討，提出了一些解決辦法。這些方案可分為兩類，一類是對經(jīng)典的通用系統(tǒng)結構進行小幅度的調(diào)整；一類是完全放棄經(jīng)典的通用系統(tǒng)結構。

　　前者的代表是后置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。它的結構與通用型基本相似，只是用在線式四元素(Ca，F(xiàn)e，Si，AI)分析儀取代X熒光分析儀，并取消了制樣設備。該系統(tǒng)雖然還存在生料制備過程的滯后。但配料調(diào)整周期由通用型的30min/次縮短至3～5min/次，從而大幅度減少了生料均化庫內(nèi)不同成分料層的量與厚度（僅為普通型的l/6～1/10），且能較快地發(fā)現(xiàn)入磨原料成分波動，及時調(diào)整糾正。由于四元素分析儀是在線式安裝，所以不需要專用機房，且不需要人工取、制樣，節(jié)省了土建和人工費用。

　　該系統(tǒng)的關鍵問題是四元素分析儀的穩(wěn)定性和可靠性必須得到保證，分析精度應滿足控制要求，要有良好的后備服務支持。

　　后者的代表是前置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結構與普通型完全不同：其將原置于出磨端測量粉狀生料成分的分析儀，改為放置在入磨前，直接測量入窯皮帶上各種塊粒狀原料成分。該系統(tǒng)徹底解決了通用性系統(tǒng)的“長滯后”問題以及由其引起的問題。

　　該系統(tǒng)的關鍵問題是由于測量的是塊粒狀混合原料，所以這種分析儀器使用穿透力很強的γ射線作為放射性測量源，因此必須全密封、防幅射。

　　選型時應注意γ射線源的半衰期，它決定了更換放射源周期的長短。

　　雖然該系統(tǒng)的優(yōu)點很明顯，但是目前，仍然存在著不少的問題，如：更換放射源的行政手續(xù)及具體操作都將有一定的難度；放射源的更換需專業(yè)人士操作，需另增加費用……

　　考核：指標與時間同行

　　盡管生料質(zhì)量控制系統(tǒng)有著一些使用上的弊端，但是其在現(xiàn)代新型干法水泥生產(chǎn)中作用是人工操作無法比擬的。

　　生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，通過硬件的比較是很難分辨出來的。而關于生料質(zhì)量控制系統(tǒng)控制策略、具體算法等等軟件方面的內(nèi)容，不同的系統(tǒng)有其自己的具體內(nèi)容，各有所長，各具特色。

　　基于以上的原因，水泥企業(yè)在選用生料控制系統(tǒng)時，就必須對生料質(zhì)量控制系統(tǒng)進行全方位、多角度的考核。

　　首先，必須明確生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的性能指標。所謂性能指標就是買方對賣方提供系統(tǒng)的技術要求或保證要求，這是買賣雙方在合同談判階段無法回避的重要內(nèi)容。

　　水泥質(zhì)量控制系統(tǒng)專家張宏圖先生指出，系統(tǒng)性能指標的提法比較混亂，有兩種生料質(zhì)量控制系統(tǒng)性能指標的提法值得商榷：一種是用出磨生料合格率的高低來評價系統(tǒng)性能優(yōu)劣；另一種提法是用入窯生料成分的平均值和標準偏差作為系統(tǒng)性能的評價指標。

　　后者在理論上站得住腳，但實際用起來存在困難，主要是它把均化庫的均化效果作為系統(tǒng)性能指標的因素之一，而控制系統(tǒng)的設計者難以把握這個因素，也就無法預先以明確定量的方式向用戶做出承諾。

　　其次，系統(tǒng)仿真。校核系統(tǒng)性能的一個直觀方法是對該系統(tǒng)進行仿真。生料質(zhì)量控制系統(tǒng)比較復雜，對于較大型的生料制備過程，不可能允許在生產(chǎn)中隨意調(diào)整、試驗生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，以防造成質(zhì)量事故?？梢姡@類系統(tǒng)的仿真研究十分必要。

　　在應用考核時，必須考核系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)控制功能，還要考核與系統(tǒng)配套的過程設備性能如何，如：配料秤的精度和穩(wěn)定性，生料均化庫的均化效果等。

　　在系統(tǒng)投入正常使用后，要對出磨和入窯生料成分定時記錄，并做必要的統(tǒng)計分析。為此，系統(tǒng)應當提供出磨生料質(zhì)量日報表和入窯生料質(zhì)量月報表。日報表用于記錄一天24個出磨生料樣品的化學成分及率值，并由計算機自動對其進行最大值、最小值、平均值、目標值的統(tǒng)計計算。通過平均值與目標值的接近程度，可評價系統(tǒng)本身的性能優(yōu)劣。

　　應當強調(diào)指出，對生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的應用考核，時間不能太短。短時間的數(shù)據(jù)不能說明任何問題，只有通過幾個月的數(shù)據(jù)積累和統(tǒng)計分析。才能對系統(tǒng)性能及技術經(jīng)濟效益作出令人信服的客觀評價。

　　細節(jié)：機器與人工協(xié)作

　　雖然國內(nèi)外生料質(zhì)量控制系統(tǒng)越來越先進，但是無論怎么先進的系統(tǒng)也必須是由人來控制。因此要進一步提高生料的質(zhì)量，工作人員的責任心也是非常重要的。

　　如：化學成分分析時，必須保證樣品的及時性、代表性和分析數(shù)據(jù)的準確性、樣品的及時性。有部分企業(yè)由人工每小時取生料樣品一次，配料系統(tǒng)將根據(jù)樣品的化學分折結果，重新調(diào)整配比，以控制下一小時的生料質(zhì)量。

　　取樣過早，會影響樣品的代表性；取樣晚了，會造成系統(tǒng)“樣品丟失”，使系統(tǒng)失去了一次調(diào)整配料方案的機會，仍按上一小時的配料方案配料。如果連續(xù)二次“樣品丟失”，系統(tǒng)則自動關閉“自動”。所以取料人員必須根據(jù)系統(tǒng)終端給出的提示，嚴格遵守取料時間。

　　樣品的代表性。每次取樣后，取樣器內(nèi)剩余樣品必須倒凈。同樣，樣品放入振動磨中研磨后必須將磨內(nèi)擦洗干凈，以免取樣器中剩余樣品或磨內(nèi)殘余樣品粉末混入下一個樣品中，從而使樣品失去代表性。

　　分析數(shù)據(jù)的準確性。為了確保分析數(shù)據(jù)準確，對X熒光分析儀要經(jīng)常進行數(shù)據(jù)校正和重新標定，以處理各種儀器的物理效應，對各通道重新定義儀器的靈敏度，對儀器漂移做出補償。

　　一般情況下，整個過程通過分析軟件采用人機對話形式完成。如果工作人員沒有責任心，隨意而為，必定造成非常嚴重的后果。

　　如：在配料執(zhí)行部分，必須保證秤（以申克秤為例）的稱重精度和物料的連續(xù)性。

　　保證壓力傳感器潔凈。申克秤秤體下面的壓力傳感器，經(jīng)常被運行中所載物料所淹埋，影響重量的測量，形成假重量、假配料量。所以崗位人員必須經(jīng)常清掃，保持壓力傳感器清潔。

　　定期標定申克秤。由于申克秤長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，時常發(fā)生秤體傳動皮帶偏移，秤兩側壓力不勻而影響秤的稱重精度，所以必須對申克秤定期標定

　　保持物料的連續(xù)與穩(wěn)定。由于物料的物理特性(如形狀、含水量等)的影響，經(jīng)常出現(xiàn)因下料口堵塞而形成斷料和秤體上料面不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重影響了該物料的配料量。因此崗位人員必須嚴格執(zhí)行巡檢制度，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

　　細節(jié)決定成敗，往往很小的一個失誤就會造成生料合格率下降，從而導致水泥產(chǎn)、質(zhì)量的下滑。這些問題，我們應該引起足夠的重視。

　　發(fā)展：管理與控制一體

　　前置式生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，解決了生料均化庫內(nèi)不同成分料層的不均勻。同時，該系統(tǒng)降低了對礦山石灰石原料成分波動范圍的控制要求，提供了礦產(chǎn)資源的利用率，有很高的社會經(jīng)濟效益。

　　有業(yè)內(nèi)人士提出，如果各組分原料的成分含量事先能夠在線檢測，并能根據(jù)品位不同分堆存放，并把各堆堋相關數(shù)據(jù)隨機存入配料控制計算機內(nèi)，從而在入磨原料的成分波動控制上將會大大改善，可根據(jù)配料要求調(diào)入不同成分品位的原料，這樣從原理上把預均化堆場的各種原料及不同成分的原料“大混合”的控制思想改變?yōu)椴煌贩N不同成分的原料互相分開的“大分離”、“大分堆”的控制思想。不僅效果好，而且可以進一步探討省去預均化堆場的可能性，進一步徹底革新傳統(tǒng)新型干法水泥廠的原料配比控制的根本思路。

　　無論未來水泥廠生料控制系統(tǒng)如何發(fā)展，業(yè)內(nèi)專家指出，它最終的形式應該是管理與控制一體化。

　　生料質(zhì)量控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的實時質(zhì)量控制，而且還可以收集、儲存海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)；對這些寶貴的數(shù)據(jù)按照生產(chǎn)管理要求進行精簡處理，通過信息化的網(wǎng)絡，可以給生產(chǎn)管理者提供快速準確的各類管理報表，使得企業(yè)的生產(chǎn)管理達到現(xiàn)代化的信息化管理水平，使得水泥廠真正實現(xiàn)生產(chǎn)控制自動化、生產(chǎn)管理信息化。