5000t/d生產(chǎn)線生料喂料自動(dòng)控制的改造

  1、問題的提出

  山水集團(tuán)某5000t/d生產(chǎn)線的生料入窯喂料控制一直是由中控員根據(jù)入窯生料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和下料順暢程度，人工改變生料庫底計(jì)量倉下的電控氣動(dòng)流量控制閥的開度，來穩(wěn)定喂料量。由于瞬時(shí)下料流量的波動(dòng)，人工調(diào)整閥門開度不及時(shí)，故生料入窯量波動(dòng)較大（20～30t/h），提升機(jī)電流波動(dòng)較大（10A左右），影響了窯況的穩(wěn)定。

  2014年12月中旬，我部門承擔(dān)了限期解決問題的任務(wù)。山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部作為課題，安排專人負(fù)責(zé)，較快地實(shí)現(xiàn)了喂料的自動(dòng)控制，穩(wěn)定了入窯生料流量。

  2、問題的解決

  2.1生料入窯工藝流程

  生料入窯的工藝流程如圖1所示。

   經(jīng)過均化的生料，從生料均化庫（容量13000t）卸出，由庫底電控氣動(dòng)流量閥進(jìn)入充氣計(jì)量倉，并根據(jù)入窯喂料量大小，人工通過控制電控氣動(dòng)流量閥的開度卸出，再經(jīng)過空氣斜槽的輸送、固體流量計(jì)計(jì)量顯示后，由入窯提升機(jī)提升至窯尾框架，再經(jīng)三通溜子進(jìn)入窯尾預(yù)熱器，完成生料從出庫至入窯的全過程。其中，固體流量計(jì)安裝于提升機(jī)入口。

  圖1改造前生料入窯工藝流程示意

  2.2措施及調(diào)試過程

  該生產(chǎn)線的DCS系統(tǒng)選用的是ABB公司的AC800F系列。初期，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部利用DCS自帶的PID程序塊，編制了喂料自動(dòng)控制程序：固體流量計(jì)的流量反饋值（PV）、入窯生料流量設(shè)定值(SP)、計(jì)量倉下電控氣動(dòng)流量閥開度值(Y)，三者形成閉環(huán)控制，即利用流量偏差值△（SP- PV），通過PID算法輸出調(diào)整量(Y)來及時(shí)控制閥開度，達(dá)到穩(wěn)定入窯生料流量目的。

  利用停機(jī)檢修時(shí)間，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部在生料“內(nèi)循環(huán)”（即將電動(dòng)三通打在入均化庫側(cè)，生料出均化庫后，經(jīng)流量閥→計(jì)量倉→空氣斜槽→固體流量計(jì)→入窯提升機(jī)，再經(jīng)三通閥回到生料庫，如此循環(huán)）的情況下，設(shè)定不同的入窯流量，調(diào)試了多組PID系數(shù)，使得閥門開度值、流量反饋值都能及時(shí)跟蹤，入窯生料流量、提升機(jī)電流都比較穩(wěn)定；但發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)不同生料流量設(shè)定值， PID系數(shù)的取值差別較大。

  檢修完畢，生產(chǎn)線全部設(shè)備運(yùn)行，在取消生料的“內(nèi)循環(huán)”，實(shí)際投料入窯后，發(fā)現(xiàn)入窯生料波動(dòng)卻仍然比較大，雖經(jīng)多次調(diào)整仍沒有改善，最終放棄了該方案。

  鑒于上述情況，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部決定到生料喂料比較穩(wěn)定的本集團(tuán)其他兩家公司考察。兩家公司各有一條5000t/d熟料線，是由南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的。其生料均化庫底及入窯喂料的工藝與本生產(chǎn)線相比，有所不同：都采用了兩臺(tái)固體流量計(jì)，分別直接布置在充氣計(jì)量倉的電控氣動(dòng)流量閥下，工藝流程稍顯復(fù)雜、設(shè)備投資略大，但固體流量計(jì)和流量閥的距離較短。通過技術(shù)交流和查閱設(shè)備資料，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部分析認(rèn)為：目前固體流量計(jì)安裝在入提升機(jī)溜子處，與流量閥間的距離過大，閥開度調(diào)整時(shí)間過于滯后，是造成控制不及時(shí)、流量波動(dòng)大的主要因素。經(jīng)過論證，參照兩公司的實(shí)際，決定通過改造，將固體流量計(jì)移到計(jì)量倉下流量閥附近后，再行調(diào)試。

  2015年春節(jié)前，公司利用停窯檢修機(jī)會(huì)，將空氣斜槽分成兩段，其中前段斜槽下落適當(dāng)高度，把固體流量計(jì)移至距離左流量閥約3m處（設(shè)備說明書推薦的安裝距離）；后段斜槽不經(jīng)過固體流量計(jì)直接入前段斜槽，與此段對(duì)應(yīng)的右流量閥平常處于關(guān)閉備用狀態(tài)。改造后流程圖如圖2所示。

  隨后，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部進(jìn)行了如下工作：

  1）調(diào)整固體流量計(jì)接線、編寫DCS程序；

  2）利用固體流量計(jì)自帶的PID功能， 將DCS輸出的生料入窯流量信號(hào)作為設(shè)定值（SP），流量計(jì)的流量測(cè)量值作為反饋值（PV），流量計(jì)的輸出控制流量閥的開度；

  3）在生料庫“內(nèi)循環(huán)”的情況下，調(diào)試PID系數(shù)。比較發(fā)現(xiàn)，PID系數(shù)不需要隨生料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量而調(diào)整，并且生料流量、提升機(jī)電流波動(dòng)都不大。

  2015年春節(jié)后，公司點(diǎn)火投料，生料入窯喂料完全采用了自動(dòng)控制，運(yùn)行至今，喂料流量、提升機(jī)電流都較穩(wěn)定，控制效果比較理想。

圖2改造后生料入窯工藝流程示意

  3、效果比較

  改造前：入窯生料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量波動(dòng)大，幅度約16t/h（256～272t/h），趨勢(shì)曲線無規(guī)律，流量不能及時(shí)控制；入窯提升機(jī)電流波動(dòng)大，幅度約12A，趨勢(shì)曲線無規(guī)律。

  改造后：入窯生料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量波動(dòng)小，幅度約7t/h（293～300 t/h），趨勢(shì)曲線有規(guī)律，流量能夠及時(shí)控制；入窯提升機(jī)電流波動(dòng)小，幅度約1～3A，趨勢(shì)曲線有規(guī)律。

  4、總結(jié)

  入窯生料喂料實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，流量穩(wěn)定性得到較大提高，熟料產(chǎn)量、質(zhì)量都有了明顯的提高，目前生料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量約350t/h,熟料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量約230t/h，窯況穩(wěn)定。山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部將繼續(xù)跟蹤，爭(zhēng)取更好的提高，同時(shí)向集團(tuán)內(nèi)存在類似同類問題的企業(yè)推廣。

  通過這一實(shí)例，山水集團(tuán)工程設(shè)計(jì)部也深刻體會(huì)到：工藝流程、布置的合理性，對(duì)充分發(fā)揮設(shè)備的性能至關(guān)重要，在以后的設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視。