論文--dcs系統(tǒng)對水泥燒成系統(tǒng)的控制

1、<p>　　DCS系統(tǒng)對水泥燒成系統(tǒng)的控制</p><p>　　摘要：在水泥生產(chǎn)過程中，燒成系統(tǒng)是個互相干擾因素多、控制復雜的環(huán)節(jié)，在質(zhì)量和節(jié)能方面占有重要地位?？梢哉f，熟料燒成DCS系統(tǒng)控制對穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量、提高設備生產(chǎn)率以及能源的節(jié)約都起著至關重要的作用。本文對DCS系統(tǒng)對水泥燒成系統(tǒng)參數(shù)的控制進行了分析。關鍵詞：DCS系統(tǒng)；燒成系統(tǒng)；監(jiān)控參數(shù)</p><p>　　DCS

2、system for cement burning systems control</p><p>　　Abstract：In cement production process,burning system is a important part that more interference factor with each other,control complex and plays an importan

3、t role in quality and energy efficiency.It can be said,the clinker burning DCS system plays an very important role in stabilizing the product quality, improve equipment productivity and energy saving. In this paper, DCS

4、system for burning system parameterss control are analyzed.</p><p>　　Key words：DCS system; Burning system; System parameters</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　近年來計算機控制技術、通信

5、技術和圖形顯示技術的飛速發(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)中得到廣泛的應用。采用這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)電動機程序控制，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、相互干擾關系復雜的過程。在水泥制造過程的三大部分（原料

6、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鍵過程。以下介紹DCS系統(tǒng)在水泥熟料生產(chǎn)部分的應用。</p><p>　　1 DCS系統(tǒng)簡介</p><p>　　DCS系統(tǒng)是一種控制功能分散化、監(jiān)視操作集中化的控制系統(tǒng)，即所謂的集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)將4C技術（計算機技術、控制技術、通訊技術、CRT顯示技術）相結合，解決了計算機

7、集中控制所存在的問題。集散控制系統(tǒng)滿足了水泥生產(chǎn)自動化對設備的主要要求。首先，它能做到功能上的分散，包括過程控制設備（或單元）與顯示、操作、管理的分散，過程控制與順序控制功能的分散，以及現(xiàn)場控制單元按工段的分散等；其次，集散控制系統(tǒng)具備靈活的、足夠容量的可編程系統(tǒng)，能滿足現(xiàn)場過程控制與順序控制的要求；第三，集散控制系統(tǒng)配置了具有顯示、記錄、操作、管理功能的CRT人/機接口設備；第四，集散控制系統(tǒng)能夠與個人計算機通訊，在系統(tǒng)中，可以使用個

8、人計算機對自動化系統(tǒng)進行組態(tài)、在線監(jiān)視、操作和管理。</p><p>　　集散控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，設置了操作員CRT接口系統(tǒng)，有彩色CRT顯示器及鍵盤、打印機，CRT上以圖象形式形象地顯示出生產(chǎn)流程，還設有工程師操作站和計算機接口設備。操作員CRT接口系統(tǒng)是具有集中監(jiān)視、操作和管理功能的操作站。彩色CRT顯示器顯示內(nèi)容豐富，可以動態(tài)圖顯示出工藝過程中各項參數(shù)的瞬時值以及設備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，可以進行操作器模擬顯示

9、，以及用棒圖的高低顯示快速過程，也可以顯示當前與過去報警的情況以及顯示過程變量的變化趨勢供操作員參考。CRT是以總體圖像、局部圖像和詳細圖像來顯示過程功能、檢測控制環(huán)路、控制聯(lián)鎖功能、實際故障情況、歷史信息、平衡報表及趨勢記錄。</p><p>　　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)

10、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)而采取相應的操作，其結果不僅不能達目的，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)

11、運轉(zhuǎn)率起到至關重要的作用。</p><p>　　2.1 燒成系統(tǒng)DCS主要系統(tǒng)參數(shù)  </p><p>　　2.1.1 燒成帶溫度- V/ U! t+ `$ g2 V1 p. Z$ n　　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

12、NOx的形成同N2和O2的濃度及火焰溫度有關，在窯中N2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。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?；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

13、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 1 l& [% D& C9 a0 K+ N. X3.3.3.窯轉(zhuǎn)矩　</p><p>　　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NO

14、x濃度值、比色高溫計測量的值發(fā)生逆向變化時，應考慮到窯內(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</p><p>　　窯尾氣體溫度同燒成帶煅燒溫度一起表征窯內(nèi)各帶熱力分布狀況，同最上一級旋風筒出口氣體溫度(或連同分解爐出口氣體溫度)一起表征預熱器(或含分解爐)系統(tǒng)的熱力分布狀況。同時，適當?shù)母G尾

15、溫度對于窯系統(tǒng)物料的均勻加熱及防止窯尾煙室、上升煙道及旋風筒因超溫而發(fā)生粘結堵塞也十分重要。一般可根據(jù)需要，控制在900～1050℃之間。</p><p>　　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℃范圍，因為在這個溫度范圍內(nèi)，可保證

16、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)物料結皮和堵料。</p><p>　　2.1.5 一級筒出口溫度　　當設有五級預熱器時，一般控制在320℃左右，四級預熱器時一般控制在350℃左右。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

17、不匹配，且使分解爐分解率偏低，通常控制在320～350℃范圍。2.1.6 窯尾、分解爐出口或預熱器出口氣體成分</p><p>　　$ @8 ~4 b- ]0 W* U. n; V7 Z它們是通過設置在各相應部位的氣體成分自動分析裝置檢測的，指示著窯內(nèi)、分解爐內(nèi)或整個系統(tǒng)的燃料燃燒及通風狀況。對窯系統(tǒng)燃料燃燒的要求是，既不能使燃料在空氣不足的情況下燃燒，而產(chǎn)生一氧化碳；又不能有過多的過?？諝?，增大熱耗。一般，

18、窯尾煙氣中O2含量控制在1.0～1.5%之間；分解爐出口煙氣中O2含量控制在3.0％以下。</p><p>　　預分解窯系統(tǒng)的通風狀況，則是通過預熱器主排風機及裝在分解爐入口的三次風管上的調(diào)節(jié)風門閘板進行平衡和調(diào)節(jié)。在窯系統(tǒng)裝設有電收塵器時，對分解爐或最低一級旋風筒出口及預熱器出口(或電收塵器入口)的氣體中的可燃氣體(CO+H2)含量必須嚴加限制。因為含量過高，不僅表明窯系統(tǒng)燃料的不完全燃燒及熱耗增大，更主要的是

19、，在電收塵器內(nèi)容易引起燃燒和爆炸。因此，當預熱器出口或電收塵器入口氣體中CO+H2含量超過0.2%時，則發(fā)生報警，達到允許極限0.6%時，電收塵器高壓電源自動跳閘，以防止爆炸事故，保證生產(chǎn)安全。2.1.7 各級旋風預熱器出口壓力" V' v* D4 c" K. g0 D　　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定值

20、，說明該級或該級以下發(fā)生料粘結或堵塞，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</p><p>　　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

21、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定值或正壓值較設定值小時，應將電收塵后的排風機閥門關?。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</p><p>　　溫度控制在規(guī)定范圍，對保證電收塵器設備安全及防止氣體冷凝結露十分重要。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，以保證電收塵設備安全運行及防止氣體冷凝結露，影響電收

22、塵設備正常工作。一般都裝有自動控制裝置，當入L1溫度超過極限，或入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。</p><p>　　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

23、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－0.1</p><p>　　～－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</p><p>　　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，

24、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℃。</p><p>　　2.1.14 二次空氣溫度</p><p>　　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。</p><p>　　2.1.15 窯筒體溫度 </p&g

25、t;<p>　　窯筒體溫度表征了窯內(nèi)窯皮、窯襯的情況，據(jù)此可以監(jiān)測窯皮粘掛、脫落、窯襯侵蝕、掉磚及窯內(nèi)結圈狀況，以便及時粘補窯皮，延長窯襯使用周期，避免紅窯事故的發(fā)生，提高窯的運轉(zhuǎn)率。在進行故障或不正常情況的判斷時，要分清主要矛盾與次要矛盾，逐步進行判斷。一般，首先要重點觀察一級旋風筒出風口、分解爐(或最下一級旋風筒出風口)、窯尾及窯頭溫度的變化；其次是一級旋風筒出風口、分解爐(或最下一級旋風筒出風口)、窯尾、及窯頭壓力的

26、變化；再次是窯尾及預熱器后風管氣體成分的變化；最后是其它參數(shù)的變化。在對故障或不正常情況做出正確的判斷后，相應采取不同的措施進行調(diào)整控制。對于破壞性故障或故障處理需要較長時間而必須停車時，要按照操作規(guī)程依次進行停煤、停料、停窯，同時要注意避免跑生料。對于調(diào)節(jié)性故障，根據(jù)故障或不正常情況原因做出相應調(diào)整，但要注意一次調(diào)節(jié)幅度不要太大，以防熱工參數(shù)出現(xiàn)大的變動，造成“惡性循環(huán)”。</p><p>　　以上參數(shù)都可以通

27、過DCS系統(tǒng)反映出來，對于CRT畫面的選擇、過程參數(shù)和設定值的輸入以及驅(qū)動組件啟動和停止都可通過操作鍵盤實現(xiàn)，操作人員通過CRT顯示器就可觀察到燒成系統(tǒng)過程變化，對其進行操作控制。</p><p><b>　　3 結語</b></p><p>　　DCS 控制系統(tǒng)對水泥熟料生產(chǎn)線進行集中管理、分散控制, 可實現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)過程的全方位全過程的實時監(jiān)控和工廠企業(yè)管控一

28、體化, 可降低一次性投資和企業(yè)產(chǎn)品綜合成本, 提高系統(tǒng)的自動化程度, 減輕工人的勞動強度, 提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。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，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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張雨成.DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)中的應用[J]

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