南方水泥某年產(chǎn)90萬噸水泥粉磨生產(chǎn)線采用“160-140輥壓機+ϕ4.2m×13m球磨機”開流粉磨系統(tǒng)，未配置動態(tài)選粉機，設(shè)計生產(chǎn)能力為180t/h，粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖1，系統(tǒng)主要設(shè)備及性能指標見表1。

該水泥生產(chǎn)線主要生產(chǎn)P·O42.5、P·II52.5水泥，2021年第4季度，生產(chǎn)線出現(xiàn)工序電耗居高不下、輥壓機因液壓系統(tǒng)大泄壓瞬間跳停的情況，嚴重影響了粉磨系統(tǒng)的安全生產(chǎn)運行。粉磨系統(tǒng)主要存在以下問題：

（1）球磨機運行電流高，功效低，單位產(chǎn)品電耗高；磨內(nèi)物料流速過快，活化環(huán)布置不合理，質(zhì)量易出現(xiàn)不達標情況；通過監(jiān)測磨內(nèi)篩余數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，磨內(nèi)研磨體非最佳級配。球磨機磨內(nèi)篩余監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

（2）輥壓機單位產(chǎn)品電耗高，循環(huán)斗式提升機電流高，原始輥縫大；輥縫波動大，蓄能器壓力高，輥壓機作功不穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)頻繁大泄壓，輥壓機瞬間跳停。水泥粉磨系統(tǒng)運行性能指標見表3。

2.1 優(yōu)化球磨機研磨體裝載量，降低球磨機電耗

以生產(chǎn)P·O42.5水泥為例。優(yōu)化前，球磨機研磨體一倉裝載量為61.9t，二倉為182.5t，球磨機功耗3112kW·h/h，喂料量199t/h。優(yōu)化后，二倉鋼段裝載量減少15t，球磨機用電量下降83kW·h/h，球磨機噸水泥電耗下降0.28kW·h。優(yōu)化研磨體裝載量前后，球磨機粉磨水泥電耗對比見表4。

2.2 優(yōu)化活化環(huán)布置，降低磨內(nèi)物料流速，提高球磨機粉磨效率

改造前，球磨機存在階段性出磨物料比表面積低的現(xiàn)象，分析可能因磨內(nèi)物料流速過快導(dǎo)致。檢查磨機活化環(huán)結(jié)構(gòu)并封堵50%活化環(huán)后，磨內(nèi)物料流速降低，球磨機粉磨效率提高，出磨水泥比表面積合格率提升。優(yōu)化活化環(huán)前后，球磨機粉磨水泥電耗對比見表5。

2.3 優(yōu)化球磨機研磨體級配，提高磨內(nèi)粉磨效率

檢查球磨機篩余數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，二倉靠隔倉板方向存在一段近水平段，磨內(nèi)鋼段有一定的優(yōu)化空間。利用2022年1月停磨期間，減少二倉10t混合鋼段，同時，加入14mm×16mm鋼段10t，以改善二倉粉磨能力。優(yōu)化后，磨內(nèi)物料篩余值及磨機產(chǎn)量均有所改善。調(diào)整磨內(nèi)研磨體后，水泥磨磨內(nèi)篩余數(shù)據(jù)見表6、表7。

2.4 降低原始輥縫，提高輥壓機作功效率，減小輥縫波動

優(yōu)化前，輥壓機輥縫大，物料通過量大，循環(huán)斗式提升機電流高，輥壓機作功功效低。優(yōu)化后，輥壓機原始輥縫由30mm降至24mm，輥壓機作功明顯好轉(zhuǎn)，循環(huán)斗式提升機電流下降，輥壓機單位產(chǎn)品電耗下降。優(yōu)化輥縫前后，輥壓機、球磨機、斗式提升機電耗情況見表8。

2.5 優(yōu)化液壓系統(tǒng)研磨壓力，提升輥壓機作功

優(yōu)化前，輥壓機電流低，小倉下插板閥開度持續(xù)100%運行，輥縫波動大，輥壓機研磨效率不高。優(yōu)化液壓系統(tǒng)研磨壓力后，輥壓機電流提高，粉磨效率提高，輥縫波動降低。優(yōu)化輥壓機液壓系統(tǒng)研磨壓力前后，輥壓機及球磨機電耗情況見表9。

2.6 液壓系統(tǒng)加裝點動式泄壓閥，增加點動式自動控制回路，消除瞬間大泄壓故障跳停

改造前，在輥壓機運行時，僅能上調(diào)液壓系統(tǒng)研磨壓力，不能下調(diào)研磨壓力，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)研磨壓力瞬間高于11MPa，現(xiàn)場PLC控制柜進行大泄壓保護，輥壓機跳停，跳停頻率約8~10次/月。決定對液壓系統(tǒng)進行改造，通過增加點動泄壓閥，增加點動式自動控制回路，在運行中實現(xiàn)液壓系統(tǒng)點動泄壓，降低研磨壓力。技改后，液壓系統(tǒng)大泄壓故障次數(shù)大幅下降，跳停頻率由改造前8~10次/月降至3次/月，有效降低了故障導(dǎo)致的設(shè)備空轉(zhuǎn)無功消耗，從而降低了系統(tǒng)電耗。技改前后輥壓機跳停次數(shù)對比數(shù)據(jù)見表10。

表10 技改前后輥壓機跳停次數(shù)對比數(shù)據(jù)

水泥粉磨系統(tǒng)應(yīng)用多變量非線性模型預(yù)測智能控制技術(shù)，實現(xiàn)了水泥粉磨系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的穩(wěn)定控制，輥壓機和球磨機系統(tǒng)的協(xié)同控制，提高了水泥粉磨的產(chǎn)質(zhì)量，降低了粉磨電耗。智能控制系統(tǒng)主要控制策略如下。

3.1 輥壓機和球磨機系統(tǒng)協(xié)同控制

通過控制入磨物料特征粒徑，平衡輥壓機與球磨機作功，消除輥壓機作功不足與輥壓機系統(tǒng)循環(huán)負荷過大現(xiàn)象，主要控制指標為循環(huán)風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

3.2 穩(wěn)流倉倉重控制

通過分析輥壓機壓力、輥縫和倉重的最佳匹配關(guān)系，得出倉重控制目標值，通過控制喂料量、循環(huán)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，將倉重穩(wěn)定在設(shè)定目標值左右。

3.3 輥壓機穩(wěn)定控制

通過控制輥壓機動輥電流、定輥電流、出磨循環(huán)斗式提升機電流、輥壓機振動、輥縫、穩(wěn)流倉等保護限值，平衡輥壓機通過量與循環(huán)量關(guān)系，最大化輥壓機作功功效。主要控制指標為：動輥斜插板開度、定輥側(cè)斜插板開度、研磨壓力。

3.4 球磨機穩(wěn)定控制

控制球磨機電流負荷、出磨成品溫度、磨頭負壓、出磨成品比表面積、篩余、成品特征粒徑等變量，穩(wěn)定球磨機作功功效。主要控制指標為：磨尾風(fēng)機及循環(huán)風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

3.5 在線激光粒度分析儀取樣濃度控制

分別在球磨機磨頭磨尾加裝在線激光粒度分析儀，加裝位置見圖2。通過控制取樣絞刀進樣速度，控制物料取樣量，保證分析儀在穩(wěn)定的光學(xué)濃度下檢測物料粒度分布，進而提高在線激光粒度分析儀檢測精度的可靠性和穩(wěn)定性。

3.6 產(chǎn)品質(zhì)量控制

根據(jù)實時運行參數(shù)，建立產(chǎn)品質(zhì)量軟測量模型并輸出實時質(zhì)量數(shù)據(jù)。在線激光粒度分析儀每15min檢測一次物料粒度，依據(jù)檢測值校正測量實時質(zhì)量數(shù)據(jù)，用于過程控制，穩(wěn)定球磨機產(chǎn)質(zhì)量。

3.7 產(chǎn)能最大化控制

球磨機處于穩(wěn)定運行狀態(tài)后，在循環(huán)風(fēng)機轉(zhuǎn)速、磨尾風(fēng)機轉(zhuǎn)速與產(chǎn)品質(zhì)量之間尋找一個最佳平衡點，使產(chǎn)量趨于動態(tài)最大化。

3.8 特征粒度自優(yōu)化控制

在線激光粒度分析儀初次特征粒徑目標值由人工給定，構(gòu)造數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析自優(yōu)化算法，運行2h后觸發(fā)自優(yōu)化算法，自動調(diào)整在線激光粒度分析儀特征粒徑目標值，自動調(diào)整循環(huán)風(fēng)機、磨尾風(fēng)機風(fēng)量，從而降低在線激光粒度分析儀標準偏差，穩(wěn)定水泥質(zhì)量。

3.9 一鍵啟停與APC控制無擾切換

結(jié)合水泥磨中控操作規(guī)程編制開停機操作方案，再結(jié)合操作方案進行DCS組態(tài)，實現(xiàn)水泥磨開停過程中模擬量與開關(guān)量的自動調(diào)整。水泥磨啟動結(jié)束后，自動切換至APC控制程序，停機時自動切除APC控制至一鍵停磨，實現(xiàn)水泥磨開停機過程無擾切換，無需人工介入，有效縮短了水泥磨開機至滿負荷、滿負荷至停機的時間，降低了水泥磨開停機過程的工序電耗。一鍵啟停與APC操作界面見圖3。

水泥粉磨系統(tǒng)實施“優(yōu)化改造+智能控制”后，關(guān)鍵工序電耗大幅下降，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。水泥磨控制系統(tǒng)智能化改造后的電耗數(shù)據(jù)見表11。

由表11數(shù)據(jù)可知，改造后，2022年4~9月穩(wěn)定運行期間，P·O42.5水泥噸水泥綜合電耗為27.67kW·h，P·Ⅱ52.5水泥噸水泥綜合電耗為33.96kW·h，與2021年11月（改造前）綜合電耗30.08kW·h/t、35.67kW·h/t相比，電耗分別下降2.41kW·h/t、1.71kW·h/t。

使用在線激光粒度分析儀前后，出磨水泥3d、28d強度標準偏差見表12。由表12可知，2022年7~9月（使用在線粒度分析儀后）與1~3月（使用在線粒度分析儀前）對比，生產(chǎn)P·O42.5水泥時，3d出磨水泥抗壓強度標準偏差由0.84降至0.70，28d出磨水泥抗壓強度標準偏差由1.13降至0.69；生產(chǎn)P·Ⅱ52.5水泥時，3d出磨水泥抗壓強度標準偏差由0.95降至0.85，28d出磨水泥抗壓強度標準偏差由1.21降至0.60。

水泥粉磨智能控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為優(yōu)化水泥出廠質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。對于熟料來源（熟料強度）相對穩(wěn)定的生產(chǎn)線，使用在線激光粒度分析儀為智能控制系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過控制入磨物料量及出磨水泥特征粒徑組分含量，完全可以實現(xiàn)出廠水泥質(zhì)量及球磨機研磨狀態(tài)的穩(wěn)定。對于熟料或水泥輔材來源復(fù)雜，熟料強度、易磨性等指標波動大的生產(chǎn)線，雖然可以穩(wěn)定控制粒度分布，穩(wěn)定顆粒級配及比表面積，但若要控制水泥強度波動，則需增配更多檢測儀器并進一步優(yōu)化系統(tǒng)控制軟件。

作者：禹敏1，段振洪2，王方偉3，濮陽森1，楊國進1

來源：《1廣德新杭南方水泥有限公司；2上海南方水泥有限公司；3中材邦業(yè)智能技術(shù)有限公司》

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