預(yù)分解窯入窯生料控制的探

預(yù)分解窯入窯生料掌握的探討預(yù)分解窯入窯生料掌握的探討型干法預(yù)分解窯是當(dāng)前水泥工業(yè)中最主要的窯型。水泥熟料煅燒的關(guān)鍵是穩(wěn)定水泥窯煅燒過(guò)程中料、煤、風(fēng)這三個(gè)主要參量匹配的熱工制度。窯系統(tǒng)的用煤量取決于窯系統(tǒng)生料的喂料量，窯系統(tǒng)的用風(fēng)量取決于系統(tǒng)的用煤量。而窯系統(tǒng)的生料喂料量又取決于窯內(nèi)實(shí)際的煅燒狀況。因此穩(wěn)定燒成系統(tǒng)的熱工制度，是增加窯的產(chǎn)量、提高熟料質(zhì)量、降型干法預(yù)分解窯是當(dāng)前水泥工業(yè)中最主要的窯型。水泥熟料煅燒的關(guān)鍵是穩(wěn)定水泥窯煅燒過(guò)程中料、煤、風(fēng)這三個(gè)主要參量匹配的熱工制度。窯系統(tǒng)的用煤量取決于窯系統(tǒng)生料的喂料量，窯系統(tǒng)的用風(fēng)量取決于系統(tǒng)的用煤量。而窯系統(tǒng)的生料喂料量又取決于窯內(nèi)實(shí)際的煅燒狀況。因此穩(wěn)定燒成系統(tǒng)的熱工制度，是增加窯的產(chǎn)量、提高熟料質(zhì)量、降低系統(tǒng)能耗關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從掌握系統(tǒng)的角度來(lái)看，由料、煤、風(fēng)這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互影響的主要參量而構(gòu)成的熱工制度，可以看作成一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合的一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)。本文作者擬從掌握系統(tǒng)的角度對(duì)預(yù)分解窯入窯生料的穩(wěn)定性對(duì)熱工制度的影響以及如何掌握入窯生料喂料的穩(wěn)定進(jìn)展探討，并從作者的視角分析目前幾種常用的預(yù)分解窯窯尾生料計(jì)量掌握系統(tǒng)的優(yōu)劣。1、入窯生料的穩(wěn)定性對(duì)窯系統(tǒng)穩(wěn)定的影響假設(shè)將窯的煅燒過(guò)程看作一個(gè)掌握系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的核心CPU就是我們的窯操人員，而喂料系統(tǒng)、喂煤系統(tǒng)和風(fēng)量調(diào)整系統(tǒng)僅僅是整個(gè)窯系統(tǒng)的子系統(tǒng)。對(duì)于整個(gè)窯煅燒過(guò)程這樣一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，即使一個(gè)格外嫻熟的窯操人員，要穩(wěn)定這樣一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變和滯后的簡(jiǎn)單系統(tǒng)――尤其是子系統(tǒng)的自身的穩(wěn)定性較差時(shí)，也是格外吃力的。我們?cè)賮?lái)看一看影響窯煅燒系統(tǒng)穩(wěn)定性的三個(gè)主要參量：入窯生料量、窯〔含爐〕系統(tǒng)的喂煤量以及窯〔爐〕系統(tǒng)的用風(fēng)量。入窯生料量的大小打算了這個(gè)窯的產(chǎn)量，它受制于窯的設(shè)計(jì)和窯內(nèi)實(shí)際煅燒狀況，其參考輸入是由窯操人員依據(jù)操作過(guò)程的實(shí)際狀況來(lái)打算的。窯〔爐〕的喂煤量是由入窯生料量的多少打算的，它供給了窯煅燒的能源。窯系統(tǒng)的風(fēng)量取決于窯〔爐〕的喂煤量，它供給煤粉燃燒所必需的氧氣。從掌握的角度大致可以這樣認(rèn)為，窯〔爐〕喂煤系統(tǒng)是入窯生料系統(tǒng)的隨動(dòng)系統(tǒng)，其參考輸入〔喂煤的設(shè)定量〕是入窯生料量的時(shí)間函數(shù)；而用風(fēng)系統(tǒng)是喂煤系統(tǒng)的隨動(dòng)系統(tǒng)，其參考輸入是喂煤量的時(shí)間函數(shù)。生料系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是窯系統(tǒng)〔熱工制度〕穩(wěn)定的極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和至關(guān)重要的節(jié)點(diǎn)。2、入窯生料的特性和工藝流程與掌握特點(diǎn)預(yù)分解窯的入窯生料主要是由石灰石、頁(yè)巖和鐵通過(guò)研磨后的細(xì)粉狀物料。自然狀態(tài)下，它具有肯定的流態(tài)性和較小的休止角，比重大約在1.0t/m3左右。它流態(tài)性受到水分和氣流的影響極為猛烈。水分的增加會(huì)使其流態(tài)性變差，表現(xiàn)在物料趨于粘聚并有較大的附著性，水分越大其附著性越強(qiáng)，流態(tài)性越差；而當(dāng)枯燥或伴有氣流時(shí)其流態(tài)性變得極強(qiáng)，表現(xiàn)為物料趨于自溢〔自流性〕，含氣量越大，其流態(tài)性越強(qiáng)?？紤]到入窯生料的特性，目前大多數(shù)水泥廠的窯尾喂料的工藝流程中，都設(shè)計(jì)有一個(gè)過(guò)程穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)，并且該穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)通常帶有重量監(jiān)測(cè)傳感器或料位監(jiān)測(cè)裝置。水泥工業(yè)中入窯生料的過(guò)程穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)是入窯生料掌握的一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。入窯生料的定量計(jì)量和掌握往往直接串接在這個(gè)工藝環(huán)節(jié)之后。因此不管是從生料的掌握計(jì)量方面還是從工藝流程方面，都期望過(guò)程穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的生料能夠穩(wěn)定地受控卸料。但是經(jīng)過(guò)研磨均化后的生料粉體，在常態(tài)下雖具有肯定的流態(tài)性，但其流態(tài)性指標(biāo)并缺乏以保證其能夠以自身重力方式通過(guò)穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)連續(xù)自然卸料。因此除了在傳統(tǒng)工藝中承受螺旋喂料機(jī)或葉輪給料機(jī)方式的強(qiáng)制性卸料方式外，目前在實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)承受倉(cāng)〔庫(kù)〕底充氣助卸間或結(jié)合倉(cāng)〔庫(kù)〕側(cè)充氣破拱的自然卸料的方式來(lái)保證穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)生料的連續(xù)自然卸料。通過(guò)以上對(duì)入窯生料的特性和工藝流程的探討，我們可以覺(jué)察，由于入窯生料的流態(tài)性，受助卸氣流的氣壓和穩(wěn)流倉(cāng)的倉(cāng)壓影響很大，因此對(duì)入窯生料的掌握的其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是如何避開穩(wěn)流儲(chǔ)料倉(cāng)卸料時(shí)〔即入窯生料的計(jì)量掌握設(shè)備在受料時(shí)〕，入窯生料的流態(tài)性差異對(duì)掌握計(jì)量系統(tǒng)的巨大影響；而另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是如何避開給料掌握裝置的非線性對(duì)掌握計(jì)量系統(tǒng)的影響。從系統(tǒng)的角度去分析入窯生料的特性、工藝流程、卸料特點(diǎn)對(duì)入窯生料掌握的影響是實(shí)現(xiàn)入窯生料穩(wěn)定掌握的根底。3、流量調(diào)整閥＋固體流量計(jì)系統(tǒng)的探討承受流量調(diào)整閥和固體流量計(jì)組成的入窯生料計(jì)〔量〕控〔制〕調(diào)整系統(tǒng)在我國(guó)的水泥工業(yè)中占有很大比例。其計(jì)量掌握原理是通過(guò)固體流量計(jì)，檢測(cè)出入窯生料的瞬時(shí)〔或平均〕流量，并將測(cè)量出的流量值與設(shè)定值比較，其偏差通過(guò)PID或其變種算法來(lái)調(diào)整流量閥門的開度，力求使入窯生料的實(shí)際流量與設(shè)定值保持全都。我們可以從掌握學(xué)的角度對(duì)該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能簡(jiǎn)要探討一下。向斜槽作用于流量計(jì)檢測(cè)板，由流量計(jì)檢測(cè)板測(cè)量出實(shí)際流量的大小，反響給系統(tǒng)，再由系統(tǒng)比較設(shè)定流量與實(shí)際反響流量的偏差來(lái)調(diào)整流量調(diào)整閥門的開度。〔留意設(shè)定輸入不是閥門開度段是利用流量閥門的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此流量閥門的開度與通過(guò)閥門生料流量的大小的線性關(guān)系直接影響該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能間接影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。另外還應(yīng)當(dāng)留意到流量測(cè)量環(huán)節(jié)〔固體流量計(jì)〕和流量調(diào)整環(huán)節(jié)〔流量調(diào)整閥〕在物理空間的分別〔通過(guò)布風(fēng)斜槽和導(dǎo)向斜槽來(lái)聯(lián)結(jié)〕使的該系統(tǒng)在偏差調(diào)整上會(huì)消滅肯定的滯后現(xiàn)象。因此該系統(tǒng)的調(diào)整模式，不應(yīng)承受簡(jiǎn)潔的慣性環(huán)節(jié)來(lái)處理，而應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況充分考慮其滯后性能對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的影響。由上的分析可以得出流量調(diào)整閥開度與流量大小的線性關(guān)系以及調(diào)整系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)滯后性的處理，對(duì)承受流量調(diào)整閥和固體流量計(jì)組成的計(jì)控系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能起著至關(guān)重要的影響。流量調(diào)整閥門開度與流量大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系關(guān)系外，物料流態(tài)性能對(duì)其影響巨大，如前文所述入窯生料的流態(tài)性能取決于過(guò)程儲(chǔ)料倉(cāng)倉(cāng)壓和倉(cāng)底助卸氣壓，特別是倉(cāng)底助卸氣壓的大小對(duì)入窯生料的流態(tài)性能影響。目前由于很難對(duì)物料的流態(tài)性能進(jìn)展量化測(cè)定，加上影響該性能的因素很多，因此一個(gè)流態(tài)性能絕對(duì)穩(wěn)定的入窯生料卸料倉(cāng)系統(tǒng)是一種奢求。所以一般在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，閥門自身定位精度的偏差、環(huán)境狀態(tài)的轉(zhuǎn)變或不穩(wěn)定都往往導(dǎo)致流量調(diào)整閥的非線性。嚴(yán)峻時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)的震蕩，表現(xiàn)為物料的沖料或間歇性斷料發(fā)生。承受常規(guī)PID調(diào)整的單回路系統(tǒng)時(shí)，調(diào)整的系統(tǒng)的滯后性會(huì)降低系統(tǒng)的跟隨性和抗擾性〔注：掌握系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的定義〕。特別是當(dāng)調(diào)整裝置帶有非線性死區(qū)時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)消滅穩(wěn)態(tài)靜差，影響系統(tǒng)精度。由此可以得出在承受流量調(diào)整閥＋固體流量計(jì)組成的入窯生料掌握系統(tǒng)時(shí)能優(yōu)良的流量調(diào)整閥和固體流量計(jì)外，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的過(guò)程儲(chǔ)料倉(cāng)、穩(wěn)定過(guò)程儲(chǔ)料倉(cāng)的倉(cāng)壓、穩(wěn)定倉(cāng)底助卸氣壓下，得到一個(gè)穩(wěn)定卸料的料流是格外重要的因素。同時(shí)為了能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)實(shí)際滯后時(shí)間常數(shù)，選擇合理調(diào)整方式和參數(shù)也是非常重要的。4、流量調(diào)整閥＋定量給料機(jī)系統(tǒng)的探討怎樣才能進(jìn)一步提高入窯生料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)指標(biāo)性能。從上節(jié)爭(zhēng)論中可以看出，解決調(diào)整裝置〔流量調(diào)整閥〕的非線性和計(jì)、控分別產(chǎn)生的時(shí)滯性是提高整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和掌握性能的關(guān)鍵。為此我們引入了密封皮帶式定量給料機(jī)這樣一個(gè)小慣性線性流量測(cè)控環(huán)節(jié)，取代固體流量計(jì)這樣一個(gè)單純的測(cè)量環(huán)節(jié)。將流量調(diào)整閥的流量調(diào)整功能變?yōu)槎拷o料機(jī)負(fù)荷調(diào)整功能的穩(wěn)流預(yù)給料的粗調(diào)環(huán)節(jié)，形成一個(gè)由流量調(diào)整閥――穩(wěn)流粗調(diào)環(huán)；密封皮帶式定量給料機(jī)――流量精調(diào)環(huán)，組成的一個(gè)粗、精雙回路調(diào)整系統(tǒng)來(lái)解決入窯生料的前述問(wèn)題。如以下圖所示。流量調(diào)整閥＋定量給料機(jī)組成的入窯生料計(jì)量掌握系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成定量給料機(jī)的負(fù)荷組成一個(gè)閉合的穩(wěn)流環(huán)節(jié)，考慮到流量調(diào)整閥的非線性，將其與定量給料機(jī)負(fù)荷組成一個(gè)定性調(diào)整的負(fù)荷粗調(diào)環(huán)節(jié)，它的調(diào)整作用是在肯定范圍內(nèi)保證定量給料機(jī)負(fù)荷的相對(duì)穩(wěn)定，避開了由于流量調(diào)整閥的非線性因素對(duì)整個(gè)計(jì)量掌握系統(tǒng)的影響。充分利用定量給料機(jī)的小慣性和流量線性調(diào)整功能，避開了流量調(diào)整閥調(diào)整的非線性和調(diào)整滯后對(duì)整個(gè)入窯生料系統(tǒng)的影響。該系統(tǒng)的工作原理：1〕流量環(huán)的調(diào)整是由定量給料機(jī)的荷重傳感器測(cè)定其有效稱量段上的負(fù)荷；由測(cè)速傳感器測(cè)定定量給料機(jī)的線速度。通過(guò)運(yùn)算和標(biāo)度變化得到實(shí)際通過(guò)定量給料機(jī)的瞬時(shí)生料流量，與入窯生料系統(tǒng)的設(shè)定輸入流量進(jìn)展比較，利用偏差調(diào)整定量給料機(jī)的速度。2〕負(fù)荷環(huán)的調(diào)整是由系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定輸入確定定量給料機(jī)的負(fù)荷范圍，再由定量給料機(jī)這里特別需要強(qiáng)調(diào)的是，承受流量調(diào)整閥＋定量給料機(jī)方式的入窯生料計(jì)量掌握系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是其掌握模式。由于定量給料機(jī)的引入主要是為了即解決流量調(diào)整閥輸出的非線性問(wèn)題。將流量調(diào)整閥的作用由原來(lái)對(duì)流量的調(diào)整轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)定量給料機(jī)負(fù)荷的調(diào)整，而〔間〕滯〔后〕問(wèn)題。這樣一個(gè)由流量調(diào)整環(huán)節(jié)和負(fù)荷調(diào)整環(huán)的雙閉環(huán)回路組成的調(diào)整系統(tǒng)，在調(diào)整流量時(shí)定量給料機(jī)速度的變化會(huì)影響到流量調(diào)整閥的輸出――定量給料機(jī)的負(fù)荷，反之亦然。負(fù)荷環(huán)與流量環(huán)之間存在很強(qiáng)的耦合，可以抽象的將該系統(tǒng)看作是一個(gè)雙入、雙出的多回路強(qiáng)耦合系統(tǒng)。對(duì)于這樣一個(gè)存在強(qiáng)耦合的多回路系統(tǒng)，承受經(jīng)過(guò)解耦的掌握算法就成為該系統(tǒng)調(diào)整掌握模式必要條件。而貿(mào)然承受未經(jīng)解耦的常規(guī)掌握模式時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生震蕩，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。假設(shè)無(wú)視了引入定量給料機(jī)代替流量計(jì)的初衷，或沒(méi)有適宜的雙回路解耦掌握的掌握算法模式的話，那么承受“流量調(diào)整閥＋定量給料機(jī)”方式的入窯生料計(jì)量系統(tǒng)帶來(lái)的將是災(zāi)難性的后果。其中最具典型代表的是以下兩種狀況。：引入的不是定量給料機(jī)，而是恒速皮帶秤。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，它僅將固體流量計(jì)的計(jì)量模式替換成皮帶秤〔恒速〕的模式。首先這種系統(tǒng)沒(méi)有解決流量調(diào)整閥門的非線性問(wèn)題〔流量調(diào)整閥還是整個(gè)系統(tǒng)的流量調(diào)整的主回路〕，其次在以流量調(diào)整閥作為流量調(diào)整主回路時(shí)，作為計(jì)量環(huán)節(jié)的恒速皮帶秤比固體流量計(jì)具有更大的滯后性，這樣的系統(tǒng)除了將整個(gè)系統(tǒng)的滯后時(shí)間常數(shù)加大，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能帶來(lái)麻煩外，與流量調(diào)整閥＋固體流量計(jì)的系統(tǒng)比較而言，有百害而無(wú)一益。：引入的也是定量給料機(jī)，但掌握模式承受所謂的同步調(diào)整或稱比例調(diào)整模式，即按肯定的比例關(guān)系或函數(shù)關(guān)系同時(shí)增加流量閥門開度和定量給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種掌握方式的缺點(diǎn)是，首先從本質(zhì)上說(shuō)，它與上述流量調(diào)整閥＋恒速皮帶秤方式一樣，還是以流量調(diào)整閥作為流量調(diào)整主回路，沒(méi)有解決流量調(diào)整閥的非線性問(wèn)題；其次由于它無(wú)視了流量調(diào)整閥門的調(diào)整與定量給料機(jī)調(diào)整的耦合關(guān)系，這樣組成的系統(tǒng)，假設(shè)從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性判別角度去分析，任意一個(gè)階躍響應(yīng)或微弱的擾動(dòng)也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)平衡。特別是當(dāng)窯操人員需要轉(zhuǎn)變產(chǎn)量設(shè)定時(shí)，要么其過(guò)渡過(guò)程將格外漫長(zhǎng)且過(guò)渡過(guò)程中流量偏差巨大，要么系統(tǒng)振蕩。這種模式甚至比上述流量閥＋恒速皮帶秤的模式危急性更