技術 | 輥磨智能控制系統在水泥原料輥磨上的應用
某公司4500t/d熟料水泥生產線配套9MW余熱發電站，其汽輪發電機組真空系統中的抽氣器為射水抽氣器，主要由37kW射水泵、10.5kg/h抽氣器及12m3射水箱組成。
射水抽氣器的作用主要有兩點：一是在機組啟、停過程中，抽出凝汽器內的空氣，建立啟動真空；二是在機組運行中，連續不斷地抽出漏入凝汽器內的空氣等不凝結氣體，維持凝汽器內的真空。運行時，抽氣器抽出的氣、汽、水混合物所放出的熱量將射水箱的水加熱，為了不影響射水抽氣器的運行，射水箱的水溫必須控制在38℃以下，這就需要不斷補充工業水降溫，多余的水從射水箱的溢流口排出。每天消耗水量平均為270～300t，每月消耗水量為8100～9000t，每年消耗水量約100000t。
油環真空裝置主要由前置換熱器、油環真空泵、氣液分離器、工作液冷卻換熱器、油水分離器及連接管道、閥門等部件組成。
工作原理：凝汽器內的不凝結氣體和水蒸氣等混合氣體經抽氣管道進入前置換熱器，絕大部分的水蒸氣被冷卻成凝結水后回到凝汽器熱水井，不凝結的氣體及水蒸氣被吸入油環真空泵后在氣液分離器內分離；分離出來的不凝結氣體從排氣口排到大氣中，其余經油水分離器后進人工作液冷卻換熱器；經冷卻換熱后的工作液進入油環真空泵入口循環使用。
油環真空裝置運行中能做到零補充水，電機運行功率減少約26kw，節電節水的效果顯著(見表1)。
表1 油環真空裝置運行情況
4.1 油環真空裝置正常操作步驟
(1)確認原有射水系統管道高真空切斷閥關閉。
(2)確認油環真空裝置排水閥關閉。
(3)分離器所有排水閥關閉，工作液冷卻換熱器冷卻水進口閥開啟，出口閥關閉。
(4)真空泵進油閥開啟，出口手動球閥打開，真空泵放油閥關閉。
(5)前置冷卻器進口手動閥開啟，冷卻水進出口閥開啟。
(6)確認油位在正常油位。
(7)電站系統具備沖轉啟機條件。
(8)打開前置冷卻器進回水閥、進氣閥及冷凝回水閥；中控關閉凝汽器抽氣母管的主閥。
(9)打開真空系統工作液冷卻換熱器的進回水閥門。
(10)打開油環真空裝置本體電源控制開關，確認控制面板的就地＼遠程控制開關處于遠程位；確認真空泵進油閥打開；排水閥關閉，中控啟機。
(11)合適時機投入汽封，待真空度達到工作真空度后開啟排水閥，檢查系統運行情況。待真空泵出口油溫達到54℃時，微調工作液冷卻換熱器冷卻水出口閥，控制真空泵出口油溫在50～60℃間穩定運行。
4.2 油環真空裝置切換至原射水抽氣器操作步驟
(1)啟動原有射水抽氣器。
(2)打開主管道高真空切斷閥。
(3)待汽機真空度穩定后停真空泵。
4.3 原有射水抽氣器切換至GS高效真空系統操作步驟
(1)啟動真空泵。
(2)待真空泵出口電動閥完全開啟，并且真空度穩定后，關閉高真空切斷閥。
(3)停原有射水抽氣器。
4.4 油環真空裝置的日常維護
(1)由于夏冬季的真空度和排氣溫度的變化，需及時調整板式換熱器循環水出口閥門，確保出口油溫在最佳工作溫度(52～54℃)。
(2)定期巡檢，檢查工作液冷卻換熱器是否有堵塞情況，通過檢查冷卻循環水進回水管道溫度或者真空泵出口油溫進行判斷。
(3)若板式換熱器進出口冷卻循環水閥門全開后，溫度依然較高，則關閉前后閥門，清理Y型過濾器。
(4)及時觀察設備底部油水分離01引言
水泥行業能源消耗占全國工業能源消耗的5％以上，是能源消耗的“大戶”。為了實現國家節能減排總體目標，在《水泥工業“十三五”節能減排達標工作計劃和實施方案》中，建材聯合會提出了以下要求：“‘十三五’期間，全部在產生產線的能耗達到《水泥單位產品能源消耗限額》標準限定值要求。”
原料輥磨是水泥生產的主要耗電設備之一，原料輥磨系統也是一個多變量強耦合的系統。輥磨研磨過程是一個純粹的物理(機械)過程，磨機壓差、出口溫度、電流、振動等關鍵過程參數存在一個最佳運行區間。原料輥磨只有在最佳運行區間內運行，單位電耗和設備損耗才能最小化，磨機運行效能才能最大化。但是，目前國內原料輥磨均是以人工操作為主，操作員往往不能長時間將其保持在最佳運行區間，磨機單位電耗與國際先進水平相比仍存在較大差距。
某公司擁有一條5000t/d新型干法水泥熟料生產線。為了提高原料輥磨的生產效能，在水泥生產線引入ICE原料輥磨智能控制系統，實現了對原料輥磨的閉環優化控制，大幅降低了原料輥磨運行單位電耗。
2.1 ICE智能控制平臺軟件
ICE智能控制平臺軟件(Intelligent Control En-vironment)是以多變量模型預測控制(Model Predictive Control，MPC)算法為核心的智能控制軟件包，包含ICE-RT(在線運行)、ICE-COM(數據通信)、ICE-DA(數據采集)、ICE-MDL(過程建模)、ICE-CFG(組態配置)、ICE-SML(離線仿真)六大組件，軟件總體架構如圖1所示。
圖1 ICE系統架構圖
2.2 原料輥磨工藝流程
原料輥磨集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送于一體，具有粉磨效率高、烘干能力大、產品細度易于調節、噪音小、電耗低、工藝流程簡單、磨耗小、運行費用省等顯著優點，非常適合于大型化的水泥生產線的粉磨工藝。目前國內制造和使用的輥磨的主要技術、經濟指標已達到國際先進水平。
原料輥磨的粉磨是由一套碾磨裝置(即磨輥和磨盤)來完成的，物料在磨輥和磨盤之間被碾磨成粉狀。碾磨裝置的運動由磨盤回轉并相應帶動磨輥傳動，碾磨壓力除了磨輥自重外，主要靠液壓裝置對磨盤物料加壓。碾磨后的物料經配套的選粉機分選，粗粉回到磨盤再次粉磨，其余成品經收塵和輸送系統送入成品儲庫。
2.3 原料輥磨智能控制系統主要功能
ICE輥磨智能控制系統控制回路圖見圖2。
圖2 ICE輥磨智能控制系統控制回路圖
運用原料輥磨智能控制系統可提升磨機料位的穩定性，使磨機料位運行在最佳運行區間，最大化磨機產量，提升出磨生料的質量(細度)的穩定性。原料輥磨智能控制系統的主要功能如下：
(1)調節磨機喂料量，保持磨機料層穩定，將磨機電流、循環斗式提升機電流、磨機振動以及磨機壓差控制在設定范圍內。
(2)調節磨機的噴水和研磨壓力，保證磨機振動的穩定。
(3)調整選粉機轉速和排風機轉速，保證磨機出磨生料質量(細度)最優化。
(4)調整磨機的冷熱風閥和循環風閥，保證磨機出口溫度穩定，保持入磨負壓在一定范圍內波動。
(5)調整調配站喂料量，穩定計量倉倉重。
為了考察輥磨智能控制系統在該公司的應用效果，進行了72h的對比實驗，實驗前后原材料和磨況基本一致。去掉停磨期間的數據，考察結果見表1，運行對比見圖3，圖4。
表1 考察結果記錄表
圖3 智能控制系統
圖4 智能控制系統使用后磨機運行情況
從表1的數據可以看出，在使用原料粉磨智能控制系統之后，磨機出口溫度和磨機壓差的穩定性明顯提升，磨機喂料量上升了10.2t/h，主機電流上升了4.9A。
為了更直觀地反映輥磨單位電耗改善情況，我們對歷史同期單位電耗(噸生料電耗)數據進行了對比(2018.6.15-6.30與2019.6.15-6-30)，對比情況見表2。從表2的數據可見，使用原料粉磨智能控制系統后，雖然磨機主電機電流上升，但噸生料電耗較2018年同期下降了0.27kwh。
表2 原料輥磨單位電耗歷史同期對比表
ICE輥磨智能控制系統在該公司取得了良好的應用效果，大幅提升了輥磨裝置運行的穩定性和磨機產量，降低了單位電耗，為業內其他企業解決類似問題提供了參考。
作者：曹軍波，饒銳，任森
來源：《安徽廣德南方水泥有限公司》
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