高效智能控制系统在水泥联合粉磨系统的应用

昌乐山水水泥有限公司1#线水泥粉磨系统采用的是传统的辊压机与球磨机组成的半终粉磨工艺，存在流程复杂、台时产量较低、粉磨电耗较高，操作难度大、质量不稳定等若干问题，生产P·O42.5水泥时台时产量为120t/h，工序电耗约为29kWh/t。为了解决以上问题，降低水泥生产成本，提高企业竞争力，该公司决定利用原有一台Φ3.8m×12m球磨机、增加一台CLF170-120辊压机新建一条2#线水泥粉磨系统，采用辊压机与球磨机组成的联合粉磨工艺。要求2#水泥粉磨系统指标先进，生产P·O42.5水泥时台时产量≥200t/h，工序电耗≤25kWh/t；并要求水泥粉磨系统智能生产，水泥粉磨系统可自动调节设备运行参数及产量。为此，在2#粉磨系统上采用了我公司开发的一套高效智能控制系统，改造后的2#水泥粉磨系统，不仅满足了国家1级能耗要求，同时，节约了能源及资源，减少了碳排放量，提高了水泥产品的质量，还极大地提高了劳动生产率，显著降低了企业运行成本，明显提高了产品市场竞争力，社会效益显著提升。1、1#水泥半终粉磨系统1.1工艺流程1#水泥粉磨系统采用的是辊压机系统闭路+球磨机系统开路的半终粉磨方案，其工艺流程如图1所示。1.2存在问题（1）辊压机选粉系统采用循环风形式，循环风温度高无法有效冷却物料，导致入球磨机系统物料温度高，最终导致水泥成品温度高，影响水泥质量。（2）水泥粉磨系统流程复杂、设备繁多，水泥粉磨系统装机功率大，导致水泥成品工序电耗高。图11#水泥半终粉磨系统工艺流程示意（3）辊压机系统选粉机为单转子形式，辊压机系统的水泥成品细度及产量可通过动态转子调节，但入球磨机系统的中粗粉及回辊压机系统的粗粉只能通过选粉机的静态叶片调节，生产中不能稳定控制其细度及物料量，导致水泥成品质量波动大，辊压机系统选粉机无法真正实现物料的“三分离”功能。（4）传统励磁电机的转子损耗大、无用功多、功率因数高、效率低；液力耦合器、传统离心风机机械效率低。（5）水泥成品质量检测环节取样代表性差，存在严重滞后性，球磨机磨内实际料位信息无法准确反馈，人工调整设备运行参数及产量存在不稳定性及差异性。2、2#水泥联合粉磨系统2.1工艺流程针对上述存在的问题，2#粉磨系统取消了旋风收尘器，辊压机选粉系统采用了全通风形式及双转子选粉机，采用了永磁节能技术及一套高效智能控制系统，其工艺流程如图2所示。图22#水泥联合粉磨系统工艺流程示意2.2技改措施2.2.1动态选粉机的改造相较于1#水泥粉磨辊压机系统的单转子选粉机，2#水泥粉磨辊压机系统采用双转子选粉机方案，生产中可以通过调节上转子转速达到调节水泥成品及入球磨机中粗粉细度及物料量的目的，还可以通过调节下转子转速达到调节入磨中粗粉及回辊压机粗粉细度及物料量的目的，这是单转子+静态叶片选粉机不能完成的，只有2#生产线能够动态调整水泥成品、入磨中粗粉及回辊压机粗粉的细度和物料量，才能最大限度发挥选粉机的选粉效率，才能为水泥粉磨系统智能生产提供前提条件；球磨机系统采用开路系统，在降低水泥粉磨系统装机功率的同时，保证水泥成品粒度分布合理。2.2.2辊压机选粉系统全通风形式相较于1#线辊压机系统循环风方案，此方案辊压机系统中没有循环风，全部采用环境空气对辊压后的物料进行选粉，这样不仅简化了系统流程、减少了设备数量及功率，还可以最大限度地对辊压机系统中的物料进行降温，保证入磨物料温度在合理范围内，继而保证水泥成品的质量满足要求。2.2.3采用高效节能风机在设备选型上大量采用永磁电机，永磁电机是将永磁体植入转子，彻底消除励磁电流，消除了转子损耗，无用功少，功率因数高，本项目所有皮带机、斗式提升机、选粉机和离心风机全部采用了永磁电机；所有液力耦合器全部由磁力耦合器代替；重点风机全部采用机械效率达到80%以上的高效节能风机。2.2.4实现自动调节通过在线粒度分析仪及磨内负荷仪的实时反馈信息，经过软件算法计算，使系统达到自动调节选粉机及风机转速、自动调节产量目的。将水泥粉磨系统产量当作因变量，将辊压机系统尾排风机转速、辊压机系统选粉机上下转子转速、辊压机系统缓冲仓料位、在线粒度分析仪及在线磨内负荷仪当作6个自变量。以上自变量与因变量之间的逻辑关系如下：正常生产时，当在线粒度分析仪反馈水泥成品细度富裕量大时，在在线磨内负荷仪检测球磨机料位还有富余空间的前提下，减少辊压机系统选粉机下转子转速，使入磨中粗粉的量增大，此后辊压机系统缓冲仓料位会逐渐降低，此时水泥粉磨系统产量作为因变量接收到加产信号，此次自动调节结束，反之亦然；当水泥粉磨系统产量增加明显后，辊压机系统尾排风机转速及选粉机上转子转速需要适当增加。2.3优势2#水泥联合粉磨系统具有操作简单、指标先进和智能生产等特点。（1）操作简单：水泥粉磨系统中无须远程调节的阀门，正常生产时需要调整的只有6处：辊压机进料左挡板；辊压机进料右挡板；选粉机上转子转速；选粉机下转子转速；辊压机系统风机转速；球磨机系统风机转速。极大降低了操作人员的工作，为水泥粉磨系统实现智能调节奠定基础。（2）指标先进：系统装机功率低，在同规格辊压机与球磨机半终粉磨系统配置下，装机功率低约10%。（3）智能生产：①通过辊压机称重仓控制水泥粉磨系统总产量，见图3。图3辊压机称重仓控制模块逻辑示意②通过辊压机两侧进料挡板控制辊压机电机电流，见图4。③通过在线粒度分析仪控制细度、在线磨内负荷仪控制选粉机上下转子及系统风机转速，见图5。图4辊压机电流控制模块逻辑示意图5细度/比表面积控制模块逻辑示意2.4系统配置新建的2#水泥粉磨系统主要设备技术参数如表1所示，相应水泥磨调整后的级配见表2。表12#水泥粉磨系统的主要设备参数3、使用效果采用高效智能控制系统后的2#水泥联合粉磨系统，生产P·O42.5水泥，平均台时产量达到205t/h，比1#水泥粉磨系统提高85t/h，粉磨电耗降低5kWh/t，达到24kWh/t，满足了国家1级能耗要求（≤26kWh/t）。水泥3d抗压强度稳定在28.5MPa以上，28d抗压强度稳定在54MPa以上，比1#水泥粉磨系统的水泥强度平均值高且稳定，为生产线降低熟料掺入量奠定了质量基础。1#、2#水泥粉磨系统3d和28d水泥抗压强度对比见图6和图7。表2水泥粉磨系统研磨体级配图61#、2#磨水泥3d抗压强度对比图71#、2#磨水泥28d抗压强度对比相较于1#水泥粉磨系统，因2#水泥粉磨系统产品质量稳定，故2#水泥粉磨系统配料中熟料配比可降低约2%。4、经济社会效益以昌乐山水水泥有限公司为例，2#粉磨系统采用高效智能控制系统后，可以带来下列经济和社会效益：（1）新建的2#水泥粉磨系统通过节电及节约熟料成本，每年可节省成本费用约1 600万元。（2）采用高效智能控制系统后，可满足国标（GB16780—2021）中水泥粉磨工序电耗1级（≤26kWh/t）指标的要求。（3）2#水泥联合粉磨系统可明显减少水泥