水泥生料配料及工況識(shí)別技術(shù)

1、水泥生料配料及工況識(shí)別技術(shù)1、水泥生料配料技術(shù)水泥生料配料是水泥生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，我國絕大多數(shù)的水泥企業(yè)生產(chǎn)只是達(dá)到半自動(dòng)化生產(chǎn)狀態(tài)，現(xiàn)場操作人員主要根據(jù)中控室電腦顯示的參數(shù)變化以及化驗(yàn)室給出的化驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過長期的摸索總結(jié)出了操作經(jīng)驗(yàn)，很多情況下不能及時(shí)的進(jìn)行調(diào)節(jié)使得水泥產(chǎn)品的合格率比較低。國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)對水泥生料配料過程提出來一些想法。閻煥忠，馬斌等設(shè)計(jì)了一套水泥生料配料過程控制系統(tǒng)，龐強(qiáng)，苑明哲等人根據(jù)生料三率值與配比之間的關(guān)系提出用率值補(bǔ)償?shù)姆椒▉碚{(diào)整配比，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對問題進(jìn)行建模仿真，仿真結(jié)果確實(shí)提高了生料質(zhì)量的合格率。方千山，馬榮提出借助BP算法，對水泥原料化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)參數(shù)進(jìn)

2、行研究，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能建立函數(shù)模型，預(yù)估水泥質(zhì)量，得到最優(yōu)的配比方案。萬新通過對國內(nèi)多家水泥企業(yè)生料質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的深入了解，針對傳統(tǒng)離線式和安裝了元素在線分析儀的在線式生料質(zhì)量控制分別提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)方案。根據(jù)水泥三率值介紹了配比調(diào)節(jié)方法。采用不同的控制方法對水泥生料質(zhì)量控制進(jìn)行了研究。在國外水泥產(chǎn)品質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高，除了在控制方面有比較先進(jìn)適用的算法外，在設(shè)備方面也處于領(lǐng)先水平，元素在線分析儀能夠檢測水泥生料中各種元素氧化物的含量在國外己經(jīng)普及，而國內(nèi)僅有極少部分水泥企業(yè)嘗試著引進(jìn)元素在線分析儀，這些分析儀根據(jù)照射的不同可分為核源、激光、紅外線等種類雖然經(jīng)過長期的研究水泥

3、生料質(zhì)量控制有了明顯的提高。但是還是受人為因素，控制不及時(shí)等因素的影響難以使水泥生料質(zhì)量保持在最佳的范圍內(nèi)。而且針對水泥生料配料系統(tǒng)的工況識(shí)別研究較少，由于生產(chǎn)過程中過程復(fù)雜多變，工況經(jīng)常發(fā)生變化，變量多等特點(diǎn)還存在機(jī)械故障以及外界環(huán)境等時(shí)常發(fā)生的諸多問題大多數(shù)還停留在理論研究階段。因此對水泥生料配料過程進(jìn)行工況識(shí)別研究是很有必要的。2、工況識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀工況識(shí)別的方法可分為:基于數(shù)據(jù)，基于數(shù)學(xué)模型，基于知識(shí)三類。基于數(shù)據(jù)的工況識(shí)別方法是通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，分析數(shù)據(jù)獲取工況相關(guān)特征。該方法的特點(diǎn)是不需要精確的數(shù)學(xué)模型，適合高維相關(guān)數(shù)據(jù)的情況。被廣泛應(yīng)用于冶金，化工領(lǐng)域的工況識(shí)別。可分為定

4、性方法與定量方法?；谀Ｐ徒馕龇椒ǖ乃枷胧抢每刂葡到y(tǒng)測量變量（輸出/輸出、輸人/輸出或輸入/輸入）之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)工況識(shí)別。基于模型的工況識(shí)別方法主要有基于觀測器的狀態(tài)估計(jì)、等價(jià)空間、參數(shù)估計(jì)等方法。基于知識(shí)的方法是通過系統(tǒng)的因果模型、專家知識(shí)、系統(tǒng)的詳細(xì)描述來獲得監(jiān)控模型。利用積累的過程知識(shí)，該方法可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的在線檢測。該方法可分為:專家系統(tǒng)工況識(shí)別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工況識(shí)別和模糊工況識(shí)別。袁鑄鋼，宋秋云在闡述了新型干法水泥生產(chǎn)工況識(shí)別方法研究意義和基本概念的基礎(chǔ)上，從原理、應(yīng)用方向以及效果等方面對常用的工況識(shí)別方法進(jìn)行了分析。馬小燕針對分解爐系統(tǒng)非線性，大滯后工況復(fù)雜且波動(dòng)大變量多且各變量

5、間強(qiáng)禍合等特點(diǎn)，要對其進(jìn)行有效控制以實(shí)現(xiàn)分解爐系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且入窯物料分解率最大，則必須對其工況進(jìn)行深入分析和研究。采用聚類的方法劃分出水泥分解爐的工況。歐陽駿提出利用主元分析，用少量主元反映多個(gè)動(dòng)態(tài)變量的綜合信息，并利用正交小波變換的多尺度時(shí)頻分析提取主元中表征工況變化的頻帶特征，對頻帶特征進(jìn)行模式歸納分類，進(jìn)而識(shí)別工況。文獻(xiàn)在采用不同的工況識(shí)方法對水泥回轉(zhuǎn)窯工況進(jìn)行了劃分和識(shí)別并進(jìn)行應(yīng)用取得了一定的成果。在水泥生產(chǎn)其他環(huán)節(jié)運(yùn)用了工況識(shí)別的方法解決了實(shí)際生產(chǎn)過程中的一些問題。文獻(xiàn)在其他領(lǐng)域采用工況識(shí)別的方法解決了一些實(shí)際應(yīng)用問題。但是在對水泥生料配料工況識(shí)別方面并未有人進(jìn)行深入研究。3、研究的

6、意義及目的水泥是粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料，是四大基礎(chǔ)工程材料，是建筑工程中不可缺少的重要材料，并且不可能被其他材料所代替。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們對環(huán)境保護(hù)的重視，水泥行業(yè)現(xiàn)如今面臨著巨大的考驗(yàn)。在國家政策的支持下中國水泥行業(yè)迎來了重組整合的時(shí)代，日產(chǎn)2000噸以下的中小型企業(yè)被強(qiáng)制關(guān)閉大型企業(yè)面臨著激烈的競爭，因此只有節(jié)能減耗降低成本才能占有有利市場地位。水泥生產(chǎn)工藝流程一般稱為“兩磨一燒”，而水泥生料配料作為水泥生產(chǎn)的首個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，更是整個(gè)水泥生產(chǎn)線能夠穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此水泥生料配料是水泥生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。本文是在山東某水泥廠使用近紅外光譜分析技術(shù)對磨后的水泥生料進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測為背景下完

7、成的。水泥生料配料過程中的影響因素復(fù)雜，因此會(huì)導(dǎo)致工況波動(dòng)大且具有大滯后的特性，現(xiàn)場操作人員憑借主觀意識(shí)和參數(shù)變化來判斷工況變化，這種調(diào)節(jié)方式具有較強(qiáng)的主觀性，有可能做出錯(cuò)誤的判斷會(huì)對后面的工段造成了不良影響。在使用水泥生料自動(dòng)控制系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)會(huì)有算法失準(zhǔn)、模型失配的情況發(fā)生，從而影響控制效果。因此準(zhǔn)確的識(shí)別工況變化對水泥生料的生產(chǎn)控制至關(guān)重要。本文以水泥生料配料為背景，進(jìn)行水泥生料配料工況識(shí)別研究，不僅對水泥生料的自動(dòng)生產(chǎn)進(jìn)行操作指導(dǎo)，而且對實(shí)現(xiàn)水泥生料的自動(dòng)化生產(chǎn)和提高水泥生料質(zhì)量以及節(jié)能減耗有重要意義。研究背景及意義。水泥生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)過程，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣前一個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)對后面的生產(chǎn)

8、環(huán)節(jié)具有一定的影響。因此水泥生料質(zhì)量的穩(wěn)定才有可能生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥，而且高質(zhì)量的水泥生料還能對窯上的燒成操作提供穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。因此水泥的質(zhì)量的好壞的重要影響因素之一是水泥生料的質(zhì)量。目前大多水泥廠生產(chǎn)生料的指標(biāo)是依據(jù)三率值即：石灰石飽和系數(shù)(KH)，硅率(SH)，鋁率。石灰飽和系數(shù)KH值實(shí)際上是表示熟料中C3S與C2F的比值。如果石灰石飽和系數(shù)過低則燒出的熟料強(qiáng)度會(huì)跟隨降低，但是卻較容易鍛燒;如果石灰石飽和系數(shù)過高則燒出的熟料強(qiáng)度也會(huì)隨之增高，但是熟料鍛燒卻較為困難。所以水泥生料的石灰石飽和系數(shù)的多少間接的會(huì)會(huì)對后面的熟料鍛燒造成移動(dòng)的影響。因此KH值是控制配料比的重要指標(biāo)。硅率或稱硅酸率

9、SM值實(shí)際上是表示熟料中硅酸鹽礦物(C3S+C2S)與熔劑-，的百分比。鐵率或稱鋁率IM值表示熔劑礦物中相對含量的比例關(guān)系。SM,IM值與KH值對熟料燒成影響類似當(dāng)兩個(gè)值較高時(shí)鍛燒較為困難；較低時(shí)鍛燒較為容易，但是熟料質(zhì)量較差。因此水泥生料配料過程在水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中占有重要的地位。水泥生料配料過程滯后大，且受原材料成分變化影響大，使得生料配料過程的工況變化頻繁。操作人員有時(shí)難以準(zhǔn)確地把握工況，僅憑借主觀經(jīng)驗(yàn)判斷并調(diào)整配比，很難使配料效果穩(wěn)定在良好的狀態(tài)。因此結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和對歷史數(shù)據(jù)分析研究出準(zhǔn)確劃分工況變化并且能夠及時(shí)的識(shí)別出來是十分重要的。目前對水泥生料配料工況識(shí)別存在下面幾個(gè)難點(diǎn)：1.

10、難以根據(jù)數(shù)據(jù)建立實(shí)用的機(jī)理模型生料配料是在磨機(jī)中進(jìn)行，粉磨時(shí)間較長，而且還要在皮帶秤上運(yùn)輸一段時(shí)間。由于系統(tǒng)存在非線性和長時(shí)間的滯后以及不確定因素的影響，因此建立的數(shù)學(xué)模型僅針對個(gè)別情況并不能適用于整個(gè)水泥生料配料過程。2. 工況變化復(fù)雜由于水泥生料配料過程受到外界和內(nèi)部許多不確定因素干擾，使得配料過程工況波動(dòng)頻繁。而現(xiàn)場操作人員有可能發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，進(jìn)行配比調(diào)節(jié)時(shí)為時(shí)己晚造成生料質(zhì)量有著較大的波動(dòng)，對后面的工藝有著較大的影響。因此研究出及時(shí)準(zhǔn)確的識(shí)別工況變化的方法，對應(yīng)對變化復(fù)雜的工況有著重要的意義。水泥生料生產(chǎn)的目標(biāo)是使水泥生料每小時(shí)混合樣的三率值穩(wěn)定在化驗(yàn)室所給出的指標(biāo)范圍內(nèi)，這樣才能保證水泥熟料的質(zhì)量較為穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)中水泥生料三率值尤其是石灰石飽和系數(shù)波動(dòng)頻繁，加上用于檢測的分析儀安裝在生