0 前 言
山東東華水泥有限公司(以下簡稱“我公司”)有2條5000t/d熟料的新型干法生產(chǎn)線，各配備了一臺ATOX50原料磨。其中#2線生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的主要設(shè)備是跨皮帶式在線分析儀，可實現(xiàn)對進磨原料的實時、在線、連續(xù)檢測和快速調(diào)整，使生料質(zhì)量能夠得到有效的控制。而#1線則采用了“自動取樣器+熒光分析儀”的質(zhì)控系統(tǒng)，生料質(zhì)量明顯差于#2線。為了提高#1線生料質(zhì)量的穩(wěn)定性，我公司決定成立技術(shù)攻關(guān)小組，設(shè)法實施#2線跨皮帶式在線分析儀能同時控制兩臺ATOX50原料磨的配料，從而為二條線窯系統(tǒng)的高產(chǎn)、低耗運行和延長窯磚的使用壽命等奠定良好的基礎(chǔ)。此改造獲得成功，且取得了預(yù)期的改造效果。
1 跨皮帶式在線分析儀的控制特點和技改背景
我公司#2線的生料生產(chǎn)控制，采用了賽默飛世爾有限公司生產(chǎn)的CBX咖嗎射線跨皮帶式在線元素分析儀。該分析儀采用快速中子激發(fā)分析技術(shù)(PGNAA)，能夠?qū)崿F(xiàn)對進磨水泥原料的實時、在線、連續(xù)檢測分析，其檢測頻次是每分鐘一次，并能完成取樣原料中全部元素的檢測分析，且分析結(jié)果不依賴物料的尺寸及物料的類型以及皮帶的輸送速度;并可消除人為樣品處理、測量而產(chǎn)生的誤差;也不需取樣環(huán)節(jié)，因而也消除了取樣導(dǎo)致的誤差。再通過相應(yīng)的軟件，就能實現(xiàn)原料配料的準確、高效和實時調(diào)整，從而能夠保證生料質(zhì)量和生料成分的持續(xù)穩(wěn)定。
我公司采用石灰石、砂巖、煤矸石、硫酸渣四組份配料，為保證原材料質(zhì)量的品質(zhì)均勻，建有預(yù)均化堆堋堆場，并在生料質(zhì)量工藝參數(shù)檢測控制中配備了先進的檢測儀器設(shè)備，以提高出磨生料的三率值合格率和減小三率值的標準偏差。但二條生料線由于所用的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)不同，其出磨和入窯的生料質(zhì)量存在較大的差別，見表1。
由表1可知，采用跨皮帶式在線分析儀的#2線，其生、熟料合格率明顯高于采用“自動取樣器+熒光分析儀”質(zhì)控系統(tǒng)的#1線。另#1線從樣品取回到化驗室后的處理需要10min，而且樣品制備過程中會受諸多因素影響而易受污染并對數(shù)據(jù)影響較大;獲得分析數(shù)據(jù)后要再通知中控磨機操作員，進行改變配比指令，最后配料秤才能實現(xiàn)配料調(diào)整。顯然整個過程需時較長(至少1h以上)且存在信息傳遞和調(diào)整實施的“長滯后性”，因此公司下決心要對#1線的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)實施技術(shù)改造。
2 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的改造方案
本次生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的改造目的是：用#2線原有的一臺跨皮帶式在線分析儀同時能控制兩臺ATOX50立磨的原料配料。為此，將#2線在線分析儀的RAMOS的增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)軟件進行了升級開發(fā)，利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件計算任何時段水泥原料配料中四種原料組份的配比，分析找出最佳的原料配比，以此配比作為參考用于指導(dǎo)#1線原料配比的及時調(diào)控(#1線采用手動調(diào)整原料配比)，以此減小因原料質(zhì)量變化等各種因素而導(dǎo)致#1線出磨生料率值合格低、標準偏差大的問題，且有效解決#1線調(diào)整原料配比的“長滯后性”弊端，從而提高#1線的生料質(zhì)量。
(1)質(zhì)量參數(shù)的提取及控制方法。#2線在線分析儀每分鐘都會產(chǎn)生一個配比，用每分鐘的配比可自動控制#2線的原料配比。但本項目#1線是采用手動調(diào)整原料配比方法，因此基于#2線在線分析儀在15min或者30min時段得到#2線的所有配比，計算得到最佳配比，據(jù)此采用手動調(diào)整#1線的原料配比。
(2)皮帶負載控制和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。#2線分析儀數(shù)據(jù)的準確性與皮帶負載的有效控制關(guān)系非常大，因為PGNAA效應(yīng)和皮帶負載密切相關(guān)，即控制#2 線皮帶機的負載，就可以提高數(shù)據(jù)的準確度。本項目皮帶目標控制負載為85kg/m, 皮帶速度控制1.64m/s。DCS系統(tǒng)通過OPC通訊對#2線分析儀的配比進行數(shù)據(jù)采集，包括：砂巖給定、煤矸石給定、硫酸渣給定、反饋總和、皮帶速度等。
(3)RAMOS 增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)的軟件升級。將#2線在線分析儀配置的RAMOS的增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)的軟件進行升級開發(fā)，且在質(zhì)控中心與中控操作室配備兩臺相同的操作員控制臺(其硬件包括計算機、顯示器、鍵盤、鼠標，見圖1)，用于處理從分析儀電子模塊得來的數(shù)據(jù)并將所有分析結(jié)果存檔。即：通過在線儀對#2線的實時、在線、連續(xù)檢測，再利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件可迅速計算出任何時段水泥原料配料中四種原料組份的配比，然后通過計算機系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的計算分析，找出最佳的原料配比，據(jù)此用于#1線原料配比的手動調(diào)整指導(dǎo)和參考。另中控室操作員從顯示器主操作面圖表中，就可通過工作曲線直觀地判斷四種原料的質(zhì)量變化情況(圖2)。當原料發(fā)生質(zhì)量變化時，可立即利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件計算變化后原料的配比，及時指導(dǎo)一線原料配比的有效調(diào)整，從而可有效解決原一線當原料質(zhì)量變化大而不能有效及時進行配比調(diào)整的弊端，實現(xiàn)配料方案的實時控制，提高生料質(zhì)量。
3 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)改造的具體方案
(1)數(shù)據(jù)通訊。主要由兩臺電腦通過Windows的DCOM(分布式組件對象模型)通訊組件的方式，實現(xiàn)兩臺電腦的數(shù)據(jù)通訊，見圖1。
(2)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是運行在ThermoElectron-RAMOS Plus 的應(yīng)用程序，主要由增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)、氧化物統(tǒng)計、質(zhì)量控制參數(shù)的設(shè)定等系統(tǒng)組成，還具有專家生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)的聯(lián)接、報表和曲線顯示及打印、歷史數(shù)據(jù)的存儲等功能，其主操作功能界面見圖2。從圖2可看出，當參與配料的原材料有大的質(zhì)量變化時，從主操作功能界面的曲線振幅變化就可直觀看到，據(jù)此就可及時指導(dǎo)一線的手動配比調(diào)整。
(3)原料配比的獲得。利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件處理數(shù)據(jù),獲得原料配比以指導(dǎo)生產(chǎn)操作的具體實施步驟如下：雙擊dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件，然后依次點擊File(文件)→Config Open(組態(tài))→Demand Average(需求平均)→OK→File(文件)→Load Oxides(連接負載氧化物)→Set Current Time(輸入要查的時間)→Downloan data(下載數(shù)據(jù))→Ok→在對話框點擊柱狀圖，即可得到#2線選定時間段的四種原料組份的配比(見圖3)，然后將此原料配比數(shù)據(jù)直接用于#1線原料配料的手動調(diào)整。
4 改造效益分析
4.1 配料成本降低
我公司采用石灰石、煤矸石、砂巖、硫酸渣四組份配制生料，其中煤矸石中有害成分較高。#2線由于跨皮帶式在線分析儀的應(yīng)用，其生料質(zhì)量穩(wěn)定，因此在配料中適當提高了煤矸石摻加量;而#1線煤矸石摻加量不宜過高，否則預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮嚴重(尤其是生料質(zhì)量不穩(wěn)定時)。2013 年11 月對#1 線生料配料控制系統(tǒng)改造后，由于生料質(zhì)量的穩(wěn)定提高(見表3)，也增加了煤矸石摻加量，降低了砂巖、硫酸渣摻加量，從而使原料配料成本得以降低。
由表3 可知，2014 年1月至4月#1線煤矸石的配入量平均比前兩年高1.0%，而砂巖的配入量降低0.90%，硫酸渣的配入量降低0.20%。砂巖、煤矸石、硫酸渣、石灰石的進廠成本分別為35.00，13.60，30.33和2.46元/t，按此計算#1線的噸生料成本可降低0.23 元。#1 線熟料產(chǎn)量5700t/d左右，設(shè)備運轉(zhuǎn)率按85%、料耗系數(shù)按0.61計算，則#1線年需生料用量約290萬t，按此計算#1線一年生料成本節(jié)資可達0.23×290=66.7萬元，非?？捎^。此外，生料質(zhì)量的均勻穩(wěn)定，對窯的熟料產(chǎn)質(zhì)量、熱耗、電耗、運轉(zhuǎn)周期、耐火材料壽命等都有很大益處，系統(tǒng)檢修費用也得以進一步的降低(本文不再詳細分析)。
4.2 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提升
#1線2013年及2014年3，4月的生熟料合格率、標準偏差及熟料強度見表4。由表4 可知，#1 線生料質(zhì)控系統(tǒng)改造后，其生熟料質(zhì)量穩(wěn)定，相關(guān)技術(shù)指標均明顯高于2013年。其中熟合格率提高17.00%，入窯生料合格率提高15.62%，出磨生料合格率提高26.33%，生料KH 標準偏差小于0.02%;另外熟料中的f-CaO含量也低于2013年，3d，28d熟料強度也比2013年的高。
5 結(jié) 語
采用#2線的一臺跨皮帶式在線分析儀的數(shù)據(jù)指導(dǎo)#1線原料配料的技術(shù)改造實施后，實現(xiàn)了一臺跨皮帶式分析儀對#2線的實時、在線、連續(xù)檢測和快速調(diào)整的數(shù)據(jù)的采集和分析，并同時指導(dǎo)#1線原料配比的實時有效調(diào)整，提高了#1線的生料質(zhì)量;且提高了生產(chǎn)線的自動化控制水平，易于實現(xiàn)準確、高效的工藝過程控制，對熟料質(zhì)量提升與穩(wěn)定有明顯作用;此外還降低了生料配料成本，提高了窯的產(chǎn)能，使熟料燒成電耗降低，窯磚使用壽命延長，系統(tǒng)檢修費用降低。因此本次改造，取得了增產(chǎn)、提質(zhì)、節(jié)能、低耗的良好效益。
0 前 言
山東東華水泥有限公司(以下簡稱“我公司”)有2條5000t/d熟料的新型干法生產(chǎn)線，各配備了一臺ATOX50原料磨。其中#2線生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的主要設(shè)備是跨皮帶式在線分析儀，可實現(xiàn)對進磨原料的實時、在線、連續(xù)檢測和快速調(diào)整，使生料質(zhì)量能夠得到有效的控制。而#1線則采用了“自動取樣器+熒光分析儀”的質(zhì)控系統(tǒng)，生料質(zhì)量明顯差于#2線。為了提高#1線生料質(zhì)量的穩(wěn)定性，我公司決定成立技術(shù)攻關(guān)小組，設(shè)法實施#2線跨皮帶式在線分析儀能同時控制兩臺ATOX50原料磨的配料，從而為二條線窯系統(tǒng)的高產(chǎn)、低耗運行和延長窯磚的使用壽命等奠定良好的基礎(chǔ)。此改造獲得成功，且取得了預(yù)期的改造效果。
1 跨皮帶式在線分析儀的控制特點和技改背景
我公司#2線的生料生產(chǎn)控制，采用了賽默飛世爾有限公司生產(chǎn)的CBX咖嗎射線跨皮帶式在線元素分析儀。該分析儀采用快速中子激發(fā)分析技術(shù)(PGNAA)，能夠?qū)崿F(xiàn)對進磨水泥原料的實時、在線、連續(xù)檢測分析，其檢測頻次是每分鐘一次，并能完成取樣原料中全部元素的檢測分析，且分析結(jié)果不依賴物料的尺寸及物料的類型以及皮帶的輸送速度;并可消除人為樣品處理、測量而產(chǎn)生的誤差;也不需取樣環(huán)節(jié)，因而也消除了取樣導(dǎo)致的誤差。再通過相應(yīng)的軟件，就能實現(xiàn)原料配料的準確、高效和實時調(diào)整，從而能夠保證生料質(zhì)量和生料成分的持續(xù)穩(wěn)定。
我公司采用石灰石、砂巖、煤矸石、硫酸渣四組份配料，為保證原材料質(zhì)量的品質(zhì)均勻，建有預(yù)均化堆堋堆場，并在生料質(zhì)量工藝參數(shù)檢測控制中配備了先進的檢測儀器設(shè)備，以提高出磨生料的三率值合格率和減小三率值的標準偏差。但二條生料線由于所用的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)不同，其出磨和入窯的生料質(zhì)量存在較大的差別，見表1。
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2 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的改造方案
本次生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的改造目的是：用#2線原有的一臺跨皮帶式在線分析儀同時能控制兩臺ATOX50立磨的原料配料。為此，將#2線在線分析儀的RAMOS的增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)軟件進行了升級開發(fā)，利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件計算任何時段水泥原料配料中四種原料組份的配比，分析找出最佳的原料配比，以此配比作為參考用于指導(dǎo)#1線原料配比的及時調(diào)控(#1線采用手動調(diào)整原料配比)，以此減小因原料質(zhì)量變化等各種因素而導(dǎo)致#1線出磨生料率值合格低、標準偏差大的問題，且有效解決#1線調(diào)整原料配比的“長滯后性”弊端，從而提高#1線的生料質(zhì)量。
(1)質(zhì)量參數(shù)的提取及控制方法。#2線在線分析儀每分鐘都會產(chǎn)生一個配比，用每分鐘的配比可自動控制#2線的原料配比。但本項目#1線是采用手動調(diào)整原料配比方法，因此基于#2線在線分析儀在15min或者30min時段得到#2線的所有配比，計算得到最佳配比，據(jù)此采用手動調(diào)整#1線的原料配比。
(2)皮帶負載控制和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。#2線分析儀數(shù)據(jù)的準確性與皮帶負載的有效控制關(guān)系非常大，因為PGNAA效應(yīng)和皮帶負載密切相關(guān)，即控制#2 線皮帶機的負載，就可以提高數(shù)據(jù)的準確度。本項目皮帶目標控制負載為85kg/m, 皮帶速度控制1.64m/s。DCS系統(tǒng)通過OPC通訊對#2線分析儀的配比進行數(shù)據(jù)采集，包括：砂巖給定、煤矸石給定、硫酸渣給定、反饋總和、皮帶速度等。
(3)RAMOS 增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)的軟件升級。將#2線在線分析儀配置的RAMOS的增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)的軟件進行升級開發(fā)，且在質(zhì)控中心與中控操作室配備兩臺相同的操作員控制臺(其硬件包括計算機、顯示器、鍵盤、鼠標，見圖1)，用于處理從分析儀電子模塊得來的數(shù)據(jù)并將所有分析結(jié)果存檔。即：通過在線儀對#2線的實時、在線、連續(xù)檢測，再利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件可迅速計算出任何時段水泥原料配料中四種原料組份的配比，然后通過計算機系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的計算分析，找出最佳的原料配比，據(jù)此用于#1線原料配比的手動調(diào)整指導(dǎo)和參考。另中控室操作員從顯示器主操作面圖表中，就可通過工作曲線直觀地判斷四種原料的質(zhì)量變化情況(圖2)。當原料發(fā)生質(zhì)量變化時，可立即利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件計算變化后原料的配比，及時指導(dǎo)一線原料配比的有效調(diào)整，從而可有效解決原一線當原料質(zhì)量變化大而不能有效及時進行配比調(diào)整的弊端，實現(xiàn)配料方案的實時控制，提高生料質(zhì)量。
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3 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)改造的具體方案
(1)數(shù)據(jù)通訊。主要由兩臺電腦通過Windows的DCOM(分布式組件對象模型)通訊組件的方式，實現(xiàn)兩臺電腦的數(shù)據(jù)通訊，見圖1。
(2)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是運行在ThermoElectron-RAMOS Plus 的應(yīng)用程序，主要由增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)、氧化物統(tǒng)計、質(zhì)量控制參數(shù)的設(shè)定等系統(tǒng)組成，還具有專家生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)的聯(lián)接、報表和曲線顯示及打印、歷史數(shù)據(jù)的存儲等功能，其主操作功能界面見圖2。從圖2可看出，當參與配料的原材料有大的質(zhì)量變化時，從主操作功能界面的曲線振幅變化就可直觀看到，據(jù)此就可及時指導(dǎo)一線的手動配比調(diào)整。
(3)原料配比的獲得。利用dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件處理數(shù)據(jù),獲得原料配比以指導(dǎo)生產(chǎn)操作的具體實施步驟如下：雙擊dataDump(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲)軟件，然后依次點擊File(文件)→Config Open(組態(tài))→Demand Average(需求平均)→OK→File(文件)→Load Oxides(連接負載氧化物)→Set Current Time(輸入要查的時間)→Downloan data(下載數(shù)據(jù))→Ok→在對話框點擊柱狀圖，即可得到#2線選定時間段的四種原料組份的配比(見圖3)，然后將此原料配比數(shù)據(jù)直接用于#1線原料配料的手動調(diào)整。
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4 改造效益分析
4.1 配料成本降低
我公司采用石灰石、煤矸石、砂巖、硫酸渣四組份配制生料，其中煤矸石中有害成分較高。#2線由于跨皮帶式在線分析儀的應(yīng)用，其生料質(zhì)量穩(wěn)定，因此在配料中適當提高了煤矸石摻加量;而#1線煤矸石摻加量不宜過高，否則預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮嚴重(尤其是生料質(zhì)量不穩(wěn)定時)。2013 年11 月對#1 線生料配料控制系統(tǒng)改造后，由于生料質(zhì)量的穩(wěn)定提高(見表3)，也增加了煤矸石摻加量，降低了砂巖、硫酸渣摻加量，從而使原料配料成本得以降低。
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由表3 可知，2014 年1月至4月#1線煤矸石的配入量平均比前兩年高1.0%，而砂巖的配入量降低0.90%，硫酸渣的配入量降低0.20%。砂巖、煤矸石、硫酸渣、石灰石的進廠成本分別為35.00，13.60，30.33和2.46元/t，按此計算#1線的噸生料成本可降低0.23 元。#1 線熟料產(chǎn)量5700t/d左右，設(shè)備運轉(zhuǎn)率按85%、料耗系數(shù)按0.61計算，則#1線年需生料用量約290萬t，按此計算#1線一年生料成本節(jié)資可達0.23×290=66.7萬元，非?？捎^。此外，生料質(zhì)量的均勻穩(wěn)定，對窯的熟料產(chǎn)質(zhì)量、熱耗、電耗、運轉(zhuǎn)周期、耐火材料壽命等都有很大益處，系統(tǒng)檢修費用也得以進一步的降低(本文不再詳細分析)。
4.2 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提升
#1線2013年及2014年3，4月的生熟料合格率、標準偏差及熟料強度見表4。由表4 可知，#1 線生料質(zhì)控系統(tǒng)改造后，其生熟料質(zhì)量穩(wěn)定，相關(guān)技術(shù)指標均明顯高于2013年。其中熟合格率提高17.00%，入窯生料合格率提高15.62%，出磨生料合格率提高26.33%，生料KH 標準偏差小于0.02%;另外熟料中的f-CaO含量也低于2013年，3d，28d熟料強度也比2013年的高。
5 結(jié) 語
采用#2線的一臺跨皮帶式在線分析儀的數(shù)據(jù)指導(dǎo)#1線原料配料的技術(shù)改造實施后，實現(xiàn)了一臺跨皮帶式分析儀對#2線的實時、在線、連續(xù)檢測和快速調(diào)整的數(shù)據(jù)的采集和分析，并同時指導(dǎo)#1線原料配比的實時有效調(diào)整，提高了#1線的生料質(zhì)量;且提高了生產(chǎn)線的自動化控制水平，易于實現(xiàn)準確、高效的工藝過程控制，對熟料質(zhì)量提升與穩(wěn)定有明顯作用;此外還降低了生料配料成本，提高了窯的產(chǎn)能，使熟料燒成電耗降低，窯磚使用壽命延長，系統(tǒng)檢修費用降低。因此本次改造，取得了增產(chǎn)、提質(zhì)、節(jié)能、低耗的良好效益。
