水泥风机的节能控制模式研究
摘要：只有当球磨机工作在优化区时，球磨机的出力才一能达到最大，此时球磨机的效率最高且节省厂用电。在不稳定区时容易发生堵磨，使球磨机的效率下降，此时需要调节风机的需风量进行调节。传统调节方式是让风机全速运转下凭借工人的工作经验进行调节风机风口阀门的开度大小进行调节风量的多少，同样造成了电能的大量浪费。本课题中采用自动化技术融合智能控制算法对风机进行控制以调节水泥厂球磨机需风量。
关键词：水泥风机节能设计
中图分类号：TM5文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)03(a)-0125-01
1 水泥生产工艺流程
水泥的生产过程通常概括为“二磨一烧”三个阶段，先将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细并调配为成分合适、质量均匀的生料;再将生料在水泥窑内锻烧至熔融以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料的过程，称为熟料锻烧;将熟料加适量石膏、混合材料共同磨细为水泥，并包装或散装出厂，称为水泥粉磨。实际上，水泥的生产过程还有许多工序环节，“两磨一烧”仅是将水泥生产中的主要工序高度概括而已。不同的生产方法、不同的装备技术，其水泥生产过程亦有差异，但基本生产工艺流程差别不大。
目前水泥熟料粉磨工艺技术大致有3种方案，第一种方案是球磨机开路粉磨系统，主要的粉磨设备是球磨机，它将硬度不同的水泥熟料等混合物料同时送入球磨机内进行粉磨，物料通过球磨机后即为成品，这种方式的优点是流程简单、投资少，缺点是容易产生过粉磨现象。第二种方案是球磨机闭路粉磨系统，闭路粉磨是指水泥熟料经过球磨机排出的水泥粉体先被送到选粉机后，将磨好的水泥分为成品和粗粉，粗粉被送回磨机再粉磨。这种方法的优点是减少了过粉磨现象、提高了产量、降低了电耗、且产品容易控制，缺点是系统设备的投资大、操作系统复杂。第三种方案是采用辊压机的预粉磨系统，先采用辊压机将水泥熟料粉磨以减少物料的粒度，同时还能够使物料的岩相结构受到破坏，从而提高物料的易磨性，然后将预粉磨完成的物料送进球磨机进行粉磨，这种方案与传统方案相比具有粉磨效率高、能耗低等优点，有利于磨机增产节能。半终粉磨是一种典型的预粉磨系统，它主要包括水泥调配站、辊压机、选粉机和球磨机等几部分组成。在水泥调配站中根据不同的水泥型号以及熟料的成分调节熟料、石膏和辅助原料的喂料的比例，通过给料机的皮带秤配料称重，配制好的原料经过提升机提升至辊压料仓，通过定量喂料机将料仓中的料送至辊压机进行预粉磨处理，进而节省物料在球磨机中的粉磨时间，提高粉磨的质量。
2 粉磨设备介绍
2.1 球磨机
球磨机是水泥制粉系统中必用的粉磨设备之一，且广泛应用于其他行业，主要因为它具有较高的运行可靠性，维护简单，检修成本低等优点。但球磨机也存在耗电高，难以准确的测量球磨机中的料量，系统运行自动化程度低等不足。球磨机主要由电动机、减速机、齿轮传动装置、圆柱形滚筒及进料口、出料口等几部分组成。圆柱形滚筒是球磨机的一个重要的设备，它内装钢球，内壁衬有波浪型锰钢护甲的圆筒。筒体的一侧为原料进口，另一侧为产品的出口。在电动机、减速装置的带动下，滚筒以低速旋转，在离心力和摩擦力的作用下，钢球和水泥熟料被护甲提升至一定的高度，在重力的作用下自由下落，原料主要被钢球击碎，同时还受到钢球与钢球之间及钢球与内壁护甲之间的挤压与研磨，物料在第一仓进行粗磨处理后，经过单层隔仓板，进入第二仓，(该仓内镶有平衬板，内有钢球)能将物料进一步研磨，使原料从粗到细，最后达到成品细度和级配要求。
2.2 辊压机
辊压机又称为挤压磨，是20世纪80年代中期发展起来的一种新型粉磨设备，它由两个相向同步转动的挤压辊组成，一个为固定辊，另一个为活动辊。物料从两辊上方加入，被挤压辊连续带入辊间，受到50～100MPa的高压作用后，变成密实的料饼，从机下排出。排出的料饼，一部分成为一定比例的细粒成品，另一部分非成品其颗粒的内部产生了大量裂纹，在进一步粉碎过程中，可以降低粉磨能耗。辊压机的主要特点:(1)结构紧凑、重量轻、体积小。(2)可提高产量，降低能耗。(3)占用空间小，操作维修较方便。
3 水泥风机节能控制方案设计
球磨机工作只有运行在优化区时，其出力才能达到最大，此时球磨机的效率最高且节省厂用电。在常规区钢球50%的能量都是无效的，造成了能量的大量浪费，而在不稳定区时容易发生堵磨，使球磨机的效率下降，此时需要调节风机的需风量进行调节。传统调节方式是让风机全速运转下凭借工人的工作经验进行调节风机风口阀门的开度大小进行调节风量的多少，同样造成了电能的大量浪费。本课题中采用自动化技术融合智能控制算法对风机进行控制以调节水泥厂球磨机需风量。
采用工控机和人机界面触摸屏为上位机作监控单元，监控整个系统的运行；采用可编程控制器（PLC）为控制单元，控制调节变频器进而控制风机及给料设备。在上位机和可编程控制器中，将水泥专家在水泥熟料磨中的专业知识和经验融合到控制系统中，利用模糊PID控制器控制风机转速。根据球磨机的特性分析得知，控制好球磨机中的存粉量并使其运行在优化运行区时，既节能又高效。根据水泥熟料含水量及易磨性，在上位机中输入检测值，系统根据专家的经验设定值控制球磨机料量的送料速度和风机的转速。
如果球磨机工作在常规区时，控制变频器使其风机的转速适用需风量的要求。若球磨机工作在不稳定运行区时，此时控制系统利用变频器较大范围的提高风机的转速，提高物料的出料流量，若仅靠提高风机转速不能使球磨机从不稳定运行区调整到优化运行区时，此时通过变频器调整球磨机给料设备送料速率使球磨机工作在优化运行区，当达到稳定运行区时，再将给料设备的运行速度恢复至原设定值。若堵磨现象严重，停止球磨机供料，通过风机调节球磨机中的料量。若球磨机工作在优化运行区时，在小范围内的调整风机的风速，以满足球磨机的需要。控制系统中控制器PLC同上位机之间通过工业以太网PROFINET通信，控制器PLC与执行机构及信号测量装置之间采用FROFIBU通信。
参考文献
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