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線，各配備了一臺ATOX50原料磨。其中#2線生料質量控制系統(tǒng)的主要設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)檢測和快速調整，使生料質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”的質控系統(tǒng)，生料質量明顯差于#2線。為了提高#1線生料質量的穩(wěn)定性，我公司決定成立技術攻關小組，設法實施#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、低耗運行和延長窯磚的使用壽命等奠定良好的基礎。此改造獲得成功，且取得了預期的改造效果。
1 跨皮帶式在線分析儀的控制特點和技改背景
我公司#2線的生料生產控制，采用了賽默飛世爾有限公司生產的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(PGNAA)，能夠實現(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、測量而產生的誤差;也不需取樣環(huán)節(jié)，因而也消除了取樣導致的誤差。再通過相應的軟件，就能實現(xiàn)原料配料的準確、高效和實時調整，從而能夠保證生料質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，為保證原材料質量的品質均勻，建有預均化堆堋堆場，并在生料質量工藝參數(shù)檢測控制中配備了先進的檢測儀器設備，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量控制系統(tǒng)不同，其出磨和入窯的生料質量存在較大的差別，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整實施的“長滯后性”，因此公司下決心要對#1線的生料質量控制系統(tǒng)實施技術改造。
2 生料質量控制系統(tǒng)的改造方案
本次生料質量控制系統(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#1線原料配比的及時調控(#1線采用手動調整原料配比)，以此減小因原料質量變化等各種因素而導致#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線調整原料配比的“長滯后性”弊端，從而提高#1線的生料質量。
(1)質量參數(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系非常大，因為PGNAA效應和皮帶負載密切相關，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整指導和參考。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量變化情況(圖2)。當原料發(fā)生質量變化時，可立即利用dataDump(數(shù)據(jù)轉儲)軟件計算變化后原料的配比，及時指導一線原料配比的有效調整，從而可有效解決原一線當原料質量變化大而不能有效及時進行配比調整的弊端，實現(xiàn)配料方案的實時控制，提高生料質量。
3 生料質量控制系統(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 的應用程序，主要由增強型配料優(yōu)化系統(tǒng)、氧化物統(tǒng)計、質量控制參數(shù)的設定等系統(tǒng)組成，還具有專家生產指導系統(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)此就可及時指導一線的手動配比調整。
(3)原料配比的獲得。利用dataDump(數(shù)據(jù)轉儲)軟件處理數(shù)據(jù),獲得原料配比以指導生產操作的具體實施步驟如下：雙擊dataDump(數(shù)據(jù)轉儲)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用，其生料質量穩(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，否則預熱器系統(tǒng)結皮嚴重(尤其是生料質量不穩(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 線熟料產量5700t/d左右，設備運轉率按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，非常可觀。此外，生料質量的均勻穩(wěn)定，對窯的熟料產質量、熱耗、電耗、運轉周期、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 產品質量穩(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 線生料質控系統(tǒng)改造后，其生熟料質量穩(wěn)定，相關技術指標均明顯高于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 語
采用#2線的一臺跨皮帶式在線分析儀的數(shù)據(jù)指導#1線原料配料的技術改造實施后，實現(xiàn)了一臺跨皮帶式分析儀對#2線的實時、在線、連續(xù)檢測和快速調整的數(shù)據(jù)的采集和分析，并同時指導#1線原料配比的實時有效調整，提高了#1線的生料質量;且提高了生產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、提質、節(jié)能、低耗的良好效益。