關(guān)于入窯生料粉計(jì)量控制的淺析

  一、引言

  新型干法預(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)。

  如果把窯的煅燒過程看作一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的核心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)節(jié)系統(tǒng)僅僅是整個(gè)窯系統(tǒng)的子系統(tǒng)。對(duì)于整個(gè)窯煅燒過程這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)來說，即使一個(gè)非常熟練的窯操人員，要穩(wěn)定這樣一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變和滯后的復(fù)雜系統(tǒng)――尤其是子系統(tǒng)的自身的穩(wěn)定性較差時(shí)，也是非常吃力的。 我們再來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。 入窯生料量的大小決定了這個(gè)窯的產(chǎn)量，它受制于窯的設(shè)計(jì)和窯內(nèi)實(shí)際煅燒情況，其參考輸入是由窯操人員根據(jù)操作過程的實(shí)際情況來決定的。窯（爐）的喂煤量是由入窯生料量的多少?zèng)Q定的，它提供了窯煅燒的能源。窯系統(tǒng)的風(fēng)量取決于窯（爐）的喂煤量，它提供煤粉燃燒所必須的氧氣。從控制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)。  由此我們可以看出，即使不考慮窯系統(tǒng)各參量的非線性、耦合、時(shí)變等復(fù)雜因素，入窯生料系統(tǒng)的高準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是窯系統(tǒng)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)，同時(shí)也是穩(wěn)定熟料質(zhì)量和成本進(jìn)一步優(yōu)化的關(guān)鍵。

  二、入窯生料粉計(jì)量控制系統(tǒng)常用方案

  1、流量調(diào)節(jié)閥＋固體流量計(jì)系統(tǒng)。

  采用流量調(diào)節(jié)閥和固體流量計(jì)組成的入窯生料計(jì)（量）控（制）調(diào)節(jié)系統(tǒng)在我國的水泥工業(yè)中占有很大比例。固體流量計(jì)采用弧形檢測溜槽，通過電阻應(yīng)變傳感器檢測物料負(fù)荷的鉛垂力，只有物料均勻穩(wěn)定的流過溜槽，才能達(dá)到其理想的工作狀態(tài)，實(shí)際工作過程中物料流動(dòng)是比較復(fù)雜的，所以其檢測到的信號(hào)并不完全與流量是線性關(guān)系，造成其準(zhǔn)確度無法保證。其控制原理是通過固體流量計(jì)，檢測出入窯生料的瞬時(shí)（或平均）流量，并將測量出的流量值與設(shè)定值比較，其偏差通過PID或其變種算法來調(diào)節(jié)流量閥門的開度，力求使入窯生料的實(shí)際流量與設(shè)定值保持一致。由于受上游流化氣體正壓影響、下游受空氣斜槽負(fù)壓影響直接造成固體流量計(jì)的零點(diǎn)不確定，固體流量計(jì)計(jì)量誤差很大（5%以上），計(jì)量誤差大直接造成檢測準(zhǔn)確度下降，根據(jù)一個(gè)誤差較大的檢測結(jié)果反饋控制流量調(diào)節(jié)閥，即使流量控制閥的控制能力再好，也只能得到一個(gè)不準(zhǔn)確的控制準(zhǔn)確度，直接造成對(duì)窯的熱工穩(wěn)定性的沖擊，造成熟料品質(zhì)控制難度增加，間接造成生產(chǎn)成本增加。

  2、流量調(diào)節(jié)閥＋轉(zhuǎn)子秤系統(tǒng)

  采用流量調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子秤組成的入窯生料計(jì)（量）控（制）調(diào)節(jié)系統(tǒng)在我國的水泥工業(yè)中有一定的應(yīng)用。其計(jì)量控制原理是根據(jù)轉(zhuǎn)子一側(cè)的稱重傳感器的檢測到的負(fù)荷，對(duì)流量閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，來維持轉(zhuǎn)子的填充率，通過稱重傳感器測量出有效稱量部分的總重，然后再平均分配到轉(zhuǎn)子的每一格內(nèi)，根據(jù)設(shè)定的流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，使其有效稱量部分的平均流量達(dá)到設(shè)定值。大約8秒鐘的平均流量，實(shí)時(shí)性較差，所以反應(yīng)既不準(zhǔn)也不靈敏。

  該系統(tǒng)還有兩個(gè)顯著的缺點(diǎn)：零點(diǎn)易發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子秤設(shè)備本身外殼為稱重本體，所以極易受外界粉塵或外力而引起轉(zhuǎn)子秤的零點(diǎn)發(fā)生變化；維修成本高。生料粉轉(zhuǎn)子秤的轉(zhuǎn)子直徑達(dá)2米左右，高度近1米，維修時(shí)更換轉(zhuǎn)子和上下蓋板需要較大的空間及人力，且轉(zhuǎn)子備件成本很高。

  由于上游受流化氣體正壓影響、下游受空氣斜槽負(fù)壓影響、并且轉(zhuǎn)子的上下表面很難做到完全鎖料的間隙，并且此間隙在系統(tǒng)長時(shí)間的運(yùn)行后會(huì)變得越來越大，在空氣斜槽輸送空氣的影響下，且與下游設(shè)備的氣壓共同作用下，生料粉很容易穿過轉(zhuǎn)子與殼體之間的縫隙，此時(shí)誤差很大（3%以上），并且此誤差還不能夠被轉(zhuǎn)子秤計(jì)量，造成一個(gè)直接現(xiàn)象就是控制系統(tǒng)流量顯示穩(wěn)定，實(shí)際的物料流則是不穩(wěn)定的，計(jì)量誤差大直接造成檢測準(zhǔn)確度下降。同理根據(jù)一個(gè)誤差較大的檢測結(jié)果反饋控制流量調(diào)節(jié)閥，也只能得到一個(gè)不準(zhǔn)確的控制準(zhǔn)確度，直接造成對(duì)窯的熱工穩(wěn)定性的沖擊，造成熟料品質(zhì)控制難度增加。

  3、流量調(diào)節(jié)閥＋科里奧利質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)

  系統(tǒng)由手動(dòng)開關(guān)閥、氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)流量控制閥做為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)做為流量檢測反饋機(jī)構(gòu)組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

  科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是真正的質(zhì)量計(jì)量流量計(jì)，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、扭矩測量機(jī)構(gòu)、測量輪等組成，測量輪實(shí)現(xiàn)對(duì)科里奧利力的檢測，科里奧利力的大小實(shí)時(shí)反映了物料的質(zhì)量流量，與物料的密度無關(guān)，并且科里奧利力不受上下游氣壓影響，零點(diǎn)不受外界影響，計(jì)量精度可達(dá)到≤±0.5%，準(zhǔn)確的計(jì)量提高系統(tǒng)反饋輸入準(zhǔn)確度，提高控制回路的控制響應(yīng)準(zhǔn)確度，整體提高系統(tǒng)的控制精度（控制誤差可達(dá)到≤±0.8%）。

  三、結(jié)論

  綜上所述，流量調(diào)節(jié)閥+科里奧利質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)是目前生料入窯計(jì)量控制最為理想的方案，入窯生料粉喂料穩(wěn)定是燒成系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時(shí)也是穩(wěn)定熟料質(zhì)量和成本進(jìn)一步優(yōu)化的關(guān)鍵。