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DCS系统在水泥行业中的应用

2014/7/27    来源:万圣节    作者:张雨成      
关键字:DCS  
近20年来,水泥产业从技术、产品总量、装备方面都得到巨大发展,特别是由于近年来计算机控制技术、通讯技术和图形显示技术的飞速发展,水泥产业中的电气控制方面也有了质的奔腾。由原来的继电器控制发展到DCs(集散计算机控制系统)。在水泥制造过程的三大部分(原料制备、熟料烧成和水泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。可以说,熟料烧成DCS系统控制是对稳定产品的质量、进步设备生产率以及能源的节约.都起着至关重要的作用。文章具体分析烧成系统主要监控参数及水泥生产线DCS自动回路优化控制。

1 前言

  水泥作为发展国民经济的主要的原材料,我国在近2O年的改革开放的形势下,水泥产业不论从技术、产品总量、装备方面都得到巨大发展但是我国水泥产业在产业结构、产品品种、技术装备水平方面与世界先进水平尚有较大差距。为了使我国水泥产业更好的适应我国国民经济的发展和改革开放参与国际市场竞争的需要,国家建材局提出了建材产业“由大变强,靠新出强”跨世纪战略。同时新型干法技术提供了进步水泥设备的单性能力和功能的可能性,而追求高效率、高性能、低本钱,促进了水泥装备大型化的进程。设备大型化是实现工艺技术的手段和途径。为达到此目的必须进步设备制造技术和与之相配套的原材料(耐热、耐磨、耐火材料)的质量,进步必要的检测、保护装置的灵敏可靠性。

  由于近年来计算机控制技术、通讯技术和图形显示技术的飞速发展,DCS这种分散控制,集中治理的集散型控制系统已经在世界水泥产业中得到广泛的应用。采用这种系统可以实现电动机成组程序控制,过程量的采集、处理、显示和调节。大大进步了劳动生产率,进步了工厂的治理和经营水平。水泥工艺过程是处理固体和粉状物料的生产过程,风、煤、料产生的热工过程变化复杂,不可控因素较多。从过程控制的角度来看,是一个滞留时间长、时间常数大、外来干扰多、相互干扰关系复杂的过程。在水泥制造过程的三大部分(原料制备、熟料烧成和水泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。以下就水泥生产线中的熟料生产部分介绍DCS系统在水泥行业中的应用。

2 熟料生产DCS控制

  熟料烧成系统主要流程:来自原料制备系统的生料由第二级预热器出口管路上加进,在5级旋风预热器和回转窑内与燃烧的高温气体进行热交换,经过窑内烧成的熟料进进篦式冷却机进行骤冷。因此烧成过程的三个部分(预热器、回转窑、冷却机)相互干扰,形成反馈的动态情况。有时为了稳定某个参数而采取相应的操纵,其结果不仅不能达目的,反而对其它参数产生不良的影响,造成整个窑系统的波动,因果关系复杂。由于水泥厂控制调节回路较多,系统参数要即时反映出窑内热工状况,发挥DCS系统调节过程变量的优点,并提供了强大的诊断报警功能,操纵工人能即时正确的处理窑系统报警。DCS系统对保持窑内热工状况稳定和进步系统运转率起到至关重要的作用。

  2.1 烧成系统DCS主要监控参数

  2.1.1 烧成带温度

  烧成带的温度控制,实际上是一个温度场的题目,包括物料温度、气流温度、火焰温度等等。采用比色高温计,可以直接测出火焰温度。此外,检测窑尾废气中的NOx浓度,也可以反映火焰温度。由于NOx的形成同N2和O2的浓度及火焰温度有关,在窑中Nz的浓度可视为常数,这样NOx的浓度仅与O2的浓度和火焰温度有关。过剩空气系数大(O2的浓度高),火焰温度高,NOx的浓度则高;反之,火焰温度低,在还原气氛中O2的浓度低,这时NOx的浓度则下降。在窑系统正常运转的情况下,其过剩的空气系统相对稳定,O2的浓度相对稳定,这时窑尾废气中的NOx只与烧成带火焰温度有关。火焰温度高。NOx浓度大;反之,NOx浓度小,且反映灵敏,时间滞后小。由于火焰温度是烧成带温度的主导因素,因此,一般均以NOx浓度作为烧成带温度变化的控制标志。

  2.1.2 窑转矩

  根据熟料温度的不同,被窑壁带起的熟料量和被带起的高度也不同。熟料温度高,被带起的量多;反之,则少。因此,熟料温度高,窑转矩大,但是在窑内掉砖以及窑喂料量变化情况下,同样也会影响窑转矩的值。因此,当窑转矩与NOx浓度值、比色高温计丈量的值发生逆向变化时,应考虑到窑内热平衡被某种因素所干扰,要么是窑喂料发生变化(人为的或窑喂料控制系统故障),要么是掉窑皮(或砖)。掉窑皮可通过窑胴体扫描装置检测到。

  2.1.3 窑尾气体温度

  合适的窑尾温度对于物料均匀预热,防止窑尾烟室、上升烟道以及旋风筒因温度过高而发生的物料粘结和堵塞非常重要,一般控制在900~ 1100℃之间。

  2.1.4 分解炉出口或最下一级旋风预热器出口温度

  这两个位置的温度,均能反映物料在分解炉内的分解情况,一般控制在850~900℃之间。但是在无分解炉的状态下,出最下一级旋风预热器的气体温度通常控制在800~850 C范围,由于在这个温度范围内,可保证物料在分解炉内的分解状况稳定,从而使窑系统的整个热工制度稳定。否则不但会影响窑系统的热工平衡,还会造成分解炉及预热器系统物料结皮和堵料。

  2.1.5 一级筒出口温度

  温度太高,说明喂料量与燃料量或用风量不匹配,会造成其它旋风预热器发生粘结和堵塞,或是已造成某一旋风筒发生堵塞。同样,温度过低,也说明喂料量与燃料不匹配,且使分解炉分解率偏低。因此,通常控制在320~350℃范围。

  2.1.6 窑尾、一级预热器出口气体成分分析

  一般均分析O2、CO浓度,从而可了解窑内、分解炉内燃料的燃烧及透风状况 一般窑尾O2控制在1.0 ~1.5%,一级桶O2控制在3 一5%左右,为的是既不能使燃料在过剩空气系数很少的情况下燃烧,产生大量的CO,危及窑尾电收尘器的安全;又不能在过剩空气量过大的状况下燃烧,增加热耗。而在正常生产过程中,风量、喂料量以及燃料量都是相对稳定在某一值,相互匹配,整个窑系统是平衡的。因此,当O2、CO浓度发生变化时,在综合分析原因后,适当调整喂煤量(窑头或分解炉)就可控制O2、CO值在设计范围内。

  2.1.7 各级旋风预热器出口压力

  各级旋风预热器的压力丈量,可帮助操纵职员了解各级预热器工作是否正常,判定生料活动是否正常,有无漏风或堵塞现象。某级筒负压值低于设定值,说明该级或该级以下发生料粘结或堵塞,需尽快处理,严重的要立即停料。

  2.1.8 三、四、五级旋风筒锥部压力

  丈量三、四、五级筒锥部压力,可把握它们的下料状况的好坏。当旋风筒温度过高发生料粘堵塞时,其锥部负压值就会下降。此时需立即采取措施,如用空气炮吹堵或人工捅料,但一定要做好防护安全措施,保证人身安全。

  2.1.9 窑尾压力

  窑尾压力一般控制在一300Pa左右,通过检测窑尾负压值能帮助操纵职员了解回转窑内气流阻力的变化情况。当负压值高于设计值范围,窑内可能出现结圈,并鉴戒胴体扫描做出综合判定。

  2.1.10 窑尾排风机出口压力

  在窑系统与生料磨系统联合操纵运行时,窑尾排出的废气用于生料磨系统烘干等,该点的丈量是非常必要的。由于该点的负压值直接影响以上两个系统的操纵平衡。当该点的负压值大于设定值或正压值较设定值小时,应将电收尘后的排风机阀门关小;反之,则开大阀门,以保证风量平衡。

  2.1.11 电收尘进口气体温度

  不同生产厂家的电收尘器,对人口气体温度要求是不同的。因此,必须严格控制人口温度在规定的范围,以保证电收尘设备安全运行及防止气体冷凝聚露,影响电收尘设备正常工作。一般都装有自动控制装置,当人L1温度超过极限,或人L1气体CO浓度值超过电收尘器安全规定值且温度也较高时,电收尘器的高压电源自动跳闸且报警。

  2.1.12窑头负压

  一般要求保证窑头微负压,防止窑头喷火。另一方面,窑头负压稳定,也表征窑内透风及冷却机人窑二次风之间的平衡。通常增加篦冷机余风排风机风量,窑头负压增大;反之减小。但是,在正常生产情况下,窑尾风机风量尽量保持不变,否则将影响整个窑系统的热工平衡。因此,均采用调节窑头电收尘出口阀门的开度来保持窑头罩为微负压。正常生产时,窑头负压一般保持在一0.1~ 一0.05kPa。如产生正压,导致喷火,将危及窑头比色高温计及看火电视等仪器。

  2.1.13 窑头电收尘器进口温度

  这对电收尘器安全正常工作十分重要。在窑系统出现不稳定时,从窑头掉下的熟料量变化较大,出现冷却机无法及时将熟料冷却,这时从冷却机抽出的热风温度就高,则需采取冷却机内喷水降温,一般要求废气温度小于200℃。

  2.1.14 二次空气温度

  从工艺角度要求二次风温度必须稳定。由于二次风对于窑内燃烧的好坏、工作的稳定和煅烧过程中燃料的消耗都有较大的影响。

  以上参数都可以通过DCS直观的反映出来,为了方便操纵职员更好的监控整个窑系统的生产过程

责任编辑:陈浩
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