高效智能控制系統(tǒng)在水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用

昌樂山水水泥有限公司1#線水泥粉磨系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的半終粉磨工藝，存在流程復(fù)雜、臺時產(chǎn)量較低、粉磨電耗較高，操作難度大、質(zhì)量不穩(wěn)定等若干問題，生產(chǎn)P·O42.5水泥時臺時產(chǎn)量為120t/h，工序電耗約為29kWh/t。為了解決以上問題，降低水泥生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力，該公司決定利用原有一臺Φ3.8m×12m球磨機(jī)、增加一臺CLF170-120輥壓機(jī)新建一條2#線水泥粉磨系統(tǒng)，采用輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨工藝。要求2#水泥粉磨系統(tǒng)指標(biāo)先進(jìn)，生產(chǎn)P·O42.5水泥時臺時產(chǎn)量≥200t/h，工序電耗≤25kWh/t；并要求水泥粉磨系統(tǒng)智能生產(chǎn)，水泥粉磨系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及產(chǎn)量。為此，在2#粉磨系統(tǒng)上采用了我公司開發(fā)的一套高效智能控制系統(tǒng)，改造后的2#水泥粉磨系統(tǒng)，不僅滿足了國家1級能耗要求，同時，節(jié)約了能源及資源，減少了碳排放量，提高了水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，還極大地提高了勞動生產(chǎn)率，顯著降低了企業(yè)運(yùn)行成本，明顯提高了產(chǎn)品市場競爭力，社會效益顯著提升。1、1#水泥半終粉磨系統(tǒng)1.1工藝流程1#水泥粉磨系統(tǒng)采用的是輥壓機(jī)系統(tǒng)閉路+球磨機(jī)系統(tǒng)開路的半終粉磨方案，其工藝流程如圖1所示。1.2存在問題（1）輥壓機(jī)選粉系統(tǒng)采用循環(huán)風(fēng)形式，循環(huán)風(fēng)溫度高無法有效冷卻物料，導(dǎo)致入球磨機(jī)系統(tǒng)物料溫度高，最終導(dǎo)致水泥成品溫度高，影響水泥質(zhì)量。（2）水泥粉磨系統(tǒng)流程復(fù)雜、設(shè)備繁多，水泥粉磨系統(tǒng)裝機(jī)功率大，導(dǎo)致水泥成品工序電耗高。圖11#水泥半終粉磨系統(tǒng)工藝流程示意（3）輥壓機(jī)系統(tǒng)選粉機(jī)為單轉(zhuǎn)子形式，輥壓機(jī)系統(tǒng)的水泥成品細(xì)度及產(chǎn)量可通過動態(tài)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)，但入球磨機(jī)系統(tǒng)的中粗粉及回輥壓機(jī)系統(tǒng)的粗粉只能通過選粉機(jī)的靜態(tài)葉片調(diào)節(jié)，生產(chǎn)中不能穩(wěn)定控制其細(xì)度及物料量，導(dǎo)致水泥成品質(zhì)量波動大，輥壓機(jī)系統(tǒng)選粉機(jī)無法真正實(shí)現(xiàn)物料的“三分離”功能。（4）傳統(tǒng)勵磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子損耗大、無用功多、功率因數(shù)高、效率低；液力耦合器、傳統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)機(jī)械效率低。（5）水泥成品質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)取樣代表性差，存在嚴(yán)重滯后性，球磨機(jī)磨內(nèi)實(shí)際料位信息無法準(zhǔn)確反饋，人工調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及產(chǎn)量存在不穩(wěn)定性及差異性。2、2#水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)2.1工藝流程針對上述存在的問題，2#粉磨系統(tǒng)取消了旋風(fēng)收塵器，輥壓機(jī)選粉系統(tǒng)采用了全通風(fēng)形式及雙轉(zhuǎn)子選粉機(jī)，采用了永磁節(jié)能技術(shù)及一套高效智能控制系統(tǒng)，其工藝流程如圖2所示。圖22#水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)工藝流程示意2.2技改措施2.2.1動態(tài)選粉機(jī)的改造相較于1#水泥粉磨輥壓機(jī)系統(tǒng)的單轉(zhuǎn)子選粉機(jī)，2#水泥粉磨輥壓機(jī)系統(tǒng)采用雙轉(zhuǎn)子選粉機(jī)方案，生產(chǎn)中可以通過調(diào)節(jié)上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)水泥成品及入球磨機(jī)中粗粉細(xì)度及物料量的目的，還可以通過調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)入磨中粗粉及回輥壓機(jī)粗粉細(xì)度及物料量的目的，這是單轉(zhuǎn)子+靜態(tài)葉片選粉機(jī)不能完成的，只有2#生產(chǎn)線能夠動態(tài)調(diào)整水泥成品、入磨中粗粉及回輥壓機(jī)粗粉的細(xì)度和物料量，才能最大限度發(fā)揮選粉機(jī)的選粉效率，才能為水泥粉磨系統(tǒng)智能生產(chǎn)提供前提條件；球磨機(jī)系統(tǒng)采用開路系統(tǒng)，在降低水泥粉磨系統(tǒng)裝機(jī)功率的同時，保證水泥成品粒度分布合理。2.2.2輥壓機(jī)選粉系統(tǒng)全通風(fēng)形式相較于1#線輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)方案，此方案輥壓機(jī)系統(tǒng)中沒有循環(huán)風(fēng)，全部采用環(huán)境空氣對輥壓后的物料進(jìn)行選粉，這樣不僅簡化了系統(tǒng)流程、減少了設(shè)備數(shù)量及功率，還可以最大限度地對輥壓機(jī)系統(tǒng)中的物料進(jìn)行降溫，保證入磨物料溫度在合理范圍內(nèi)，繼而保證水泥成品的質(zhì)量滿足要求。2.2.3采用高效節(jié)能風(fēng)機(jī)在設(shè)備選型上大量采用永磁電機(jī)，永磁電機(jī)是將永磁體植入轉(zhuǎn)子，徹底消除勵磁電流，消除了轉(zhuǎn)子損耗，無用功少，功率因數(shù)高，本項(xiàng)目所有皮帶機(jī)、斗式提升機(jī)、選粉機(jī)和離心風(fēng)機(jī)全部采用了永磁電機(jī)；所有液力耦合器全部由磁力耦合器代替；重點(diǎn)風(fēng)機(jī)全部采用機(jī)械效率達(dá)到80%以上的高效節(jié)能風(fēng)機(jī)。2.2.4實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)通過在線粒度分析儀及磨內(nèi)負(fù)荷儀的實(shí)時反饋信息，經(jīng)過軟件算法計算，使系統(tǒng)達(dá)到自動調(diào)節(jié)選粉機(jī)及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、自動調(diào)節(jié)產(chǎn)量目的。將水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量當(dāng)作因變量，將輥壓機(jī)系統(tǒng)尾排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輥壓機(jī)系統(tǒng)選粉機(jī)上下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輥壓機(jī)系統(tǒng)緩沖倉料位、在線粒度分析儀及在線磨內(nèi)負(fù)荷儀當(dāng)作6個自變量。以上自變量與因變量之間的邏輯關(guān)系如下：正常生產(chǎn)時，當(dāng)在線粒度分析儀反饋水泥成品細(xì)度富裕量大時，在在線磨內(nèi)負(fù)荷儀檢測球磨機(jī)料位還有富余空間的前提下，減少輥壓機(jī)系統(tǒng)選粉機(jī)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使入磨中粗粉的量增大，此后輥壓機(jī)系統(tǒng)緩沖倉料位會逐漸降低，此時水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量作為因變量接收到加產(chǎn)信號，此次自動調(diào)節(jié)結(jié)束，反之亦然；當(dāng)水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量增加明顯后，輥壓機(jī)系統(tǒng)尾排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及選粉機(jī)上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速需要適當(dāng)增加。2.3優(yōu)勢2#水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)具有操作簡單、指標(biāo)先進(jìn)和智能生產(chǎn)等特點(diǎn)。（1）操作簡單：水泥粉磨系統(tǒng)中無須遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的閥門，正常生產(chǎn)時需要調(diào)整的只有6處：輥壓機(jī)進(jìn)料左擋板；輥壓機(jī)進(jìn)料右擋板；選粉機(jī)上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；選粉機(jī)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；輥壓機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；球磨機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。極大降低了操作人員的工作，為水泥粉磨系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)。（2）指標(biāo)先進(jìn)：系統(tǒng)裝機(jī)功率低，在同規(guī)格輥壓機(jī)與球磨機(jī)半終粉磨系統(tǒng)配置下，裝機(jī)功率低約10%。（3）智能生產(chǎn)：①通過輥壓機(jī)稱重倉控制水泥粉磨系統(tǒng)總產(chǎn)量，見圖3。圖3輥壓機(jī)稱重倉控制模塊邏輯示意②通過輥壓機(jī)兩側(cè)進(jìn)料擋板控制輥壓機(jī)電機(jī)電流，見圖4。③通過在線粒度分析儀控制細(xì)度、在線磨內(nèi)負(fù)荷儀控制選粉機(jī)上下轉(zhuǎn)子及系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，見圖5。圖4輥壓機(jī)電流控制模塊邏輯示意圖5細(xì)度/比表面積控制模塊邏輯示意2.4系統(tǒng)配置新建的2#水泥粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1所示，相應(yīng)水泥磨調(diào)整后的級配見表2。表12#水泥粉磨系統(tǒng)的主要設(shè)備參數(shù)3、使用效果采用高效智能控制系統(tǒng)后的2#水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，生產(chǎn)P·O42.5水泥，平均臺時產(chǎn)量達(dá)到205t/h，比1#水泥粉磨系統(tǒng)提高85t/h，粉磨電耗降低5kWh/t，達(dá)到24kWh/t，滿足了國家1級能耗要求（≤26kWh/t）。水泥3d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在28.5MPa以上，28d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在54MPa以上，比1#水泥粉磨系統(tǒng)的水泥強(qiáng)度平均值高且穩(wěn)定，為生產(chǎn)線降低熟料摻入量奠定了質(zhì)量基礎(chǔ)。1#、2#水泥粉磨系統(tǒng)3d和28d水泥抗壓強(qiáng)度對比見圖6和圖7。表2水泥粉磨系統(tǒng)研磨體級配圖61#、2#磨水泥3d抗壓強(qiáng)度對比圖71#、2#磨水泥28d抗壓強(qiáng)度對比相較于1#水泥粉磨系統(tǒng)，因2#水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，故2#水泥粉磨系統(tǒng)配料中熟料配比可降低約2%。4、經(jīng)濟(jì)社會效益以昌樂山水水泥有限公司為例，2#粉磨系統(tǒng)采用高效智能控制系統(tǒng)后，可以帶來下列經(jīng)濟(jì)和社會效益：（1）新建的2#水泥粉磨系統(tǒng)通過節(jié)電及節(jié)約熟料成本，每年可節(jié)省成本費(fèi)用約1?600萬元。（2）采用高效智能控制系統(tǒng)后，可滿足國標(biāo)（GB16780—2021）中水泥粉磨工序電耗1級（≤26kWh/t）指標(biāo)的要求。（3）2#水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)可明顯減少水泥