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1、全国水泥生料质量控制应用技术研讨交流套论文集4 9 生料质量控制系统的性能指标、系统 仿真及应用考核 张宏图张宝祥合肥水泥研究设计院( 2 3 0 0 5 1 ) 随着新型干法生产线的普及和装备的大型化，为稳定窑的热工制度，提高熟料的产质量。 缩短达标达产周期，人窑生料成分及率值的均匀稳定，至关重要。 目前，国内外的新型干法水泥生产线，无论是否设置原料预均化堆场，几乎无一例外地都 采用不同类型的生料质量控制系统，以提高人窑生料的均匀稳定性。 关于生料质量控制系统的系统配置、控制策略及具体算法，不同的系统有其自己的具体 内容，各有所长各具特色，在此不予评价。本文主要从系统设计及应用角度，结合笔者
2、的实践体 会，重点论述生料质量控制系统的性能指标的准确提法，系统的实验室仿真方法，以及系统在 现场投用后的应用考核方法。 1 性能指标 在市场经济形势下，作为商品的生料质量控制系统，不仅要有品牌，而且要有性能指标。所 谓性能指标，就是买方对卖方提供系统的技术要求或保证要求，这是买卖双方在合同谈判阶段 无法回避的重要内容。由于目前这类系统性能指标的提法比较混乱，笔者认为有必要对其进 行探试希望通过交流讨论 在行业内取得共识。 目前，有两种生料质量控制系统性能指标的提法值得商榷：一种是用出磨生料合格率的高 低来评价系统性能优劣。这种提法认为生料质量控制系统的主要作用，是稳定出磨生料的成 分或率值。
3、事实上人磨原料成分时刻在波动，加之生料磨是典型的长滞后过程，致使生料质量 控制不能采用常规的P I D 控制通常都是对出磨生料每小时取样分析一次，根据分析 结果，按一定的控制策略回调入磨原料配比。控制调节的主要目的，不是稳定出磨生料的成分 或率值，而是保证出磨生料的平均成分在一定时期内接近其目标值【1 】a 另一种提法是用人 窑生料成分的平均值和标准偏差作为系统性能的i g - C r 指标应当说，这种提法在理论上站得住 脚但实际用起来存在困难，主要是它把均化库的均化效果作为系统性能指标的因素之一，两 控制系统的设计者难以把握这个因素，也就无法预先以明确定量的方式向用户做出承诺。 综上所述#
4、奁者认为：以出磨生料连续2 4 个样品( 每小时个样) 的率值平均值与其目标值 的偏差在工艺允许范围，作为生料质量控制系统的性能指标，是种比较实用的提法。基于这 种认识，建议用( 1 卜( 3 ) 式具体描述任何生料质量控制系统的性能指标。 K H ：rJ , = K H 目# 0 0 2 ( 1 ) & - N 水泥生料质量控制应用技术研讨交流会论文集 I I 目= n 目# 0 1 ( 2 ) P 十目_ P 日# 0 1 5 ( 3 ) 应当说明，不同的生料制备过程，通过对配比的调节控制，使出磨生料率值达到( 1 卜( 3 ) 式 所需的时间长短并不相同，它取决于人磨原料波动情况、磨机系
5、统滞后的时间长短及调节控 制是否有效等因素。工艺上，把出磨生料平均成分接近其目标值所需的磨机运行时间，称为平 均均化周期。显然，生料制备过程不同，其平均均化周期也不相丽。为考核系统的性能指标， 就要对系统投入使用后的出磨生料成分进行统计分析，如果连续8 个或2 4 个出磨生料样品的 率值平均值与其目标值的偏差，都满足( 1 ) ( 3 ) 式的要求，说明该系统起作用。这里，不仅考核了 控制策略的有效性，也同时对取样、制样、分析仪器及定量给科机的稳定性、精度等进行了 考核。 2 系统仿真 一个复杂的计算机控制系统设计完成后，常常需要校核系统的性能，如果不满足设计要求， 便需要重新修改设计。校核系
6、统性能的一个直观方法是对该系, t g i t t 行仿真。但不同的控制系 统有不同的过程特性，仿真方法也就不完全相同。生辩质量控制系统比较复杂对于较大型的 生料制备过程，不可能允许在生产中随意调整、试验生料质量控制系统，以防造成 质量事故。可见这类系统的仿真研究十分必要。为实现生料质量控制的实时仿真，我们先分 析一下过程特点。生料翩备过程的主要特点是： ( 1 ) 人磨原料成分的随机波动，导致了出磨生料成分的不稳定。但对任何水泥厂，出磨生料 成分虽然时高时低，主要氧化物含量的变化有其规律性：即C a O 偏高时，其它氧化物 ( S 1 0 2 , A 1 2 0 3 ，F e 2 岛冶量相应
7、偏低，且主要氧化物含量之和变化不大反之亦然。 ( 2 ) 长滞后的慢过程，决定了对出磨生料不能频繁取样分析通常只能每小时取样分析一 次，这对实现实时仿真十分有利。 ( 3 烬管是一类典型的多输入，多输出过程，输入与输出之间有交叉耦合性的一面，但由于 生料C a O 主要是由石灰石提供的，因而生料C a O 含量与石灰石配比之间的相关性也较明显： 铁粉配比与生科F e a 0 3 含量、粘土配比与生料s i 0 2 含量也有类似的相关性。 ( 4 ) 生产实际控制系统的调节控制功能有明确的要求。若出磨生料连续N 次偏低，石灰石 配比必须在前一小时基础上连续N 次增大，反之亦然者出磨生料C a O
8、 等于其目标值，石灰石 配比基本保持前- - d 时的配比不变。对牯土与S i 0 2 、铁粉与F e 2 q 。也有类似的要求。 明确了上述特点，就可以根据具体厂的原燃料数据、熟料率值指标、熟料热耗、磨机产 量等，确定配料方案从而计算出与熟料率值指标相对应的生料化学成分和生料率值的目标 值。参考生料化学成分目标值，可以人为假设2 0 个左右的出磨生料实测值来模拟原料成分的 随机波动，同时将系统的控制输出( 流量设定) 与系统对各秤的流量采集( 瞬时流量) 相连来模 拟秤的自动称量，再每隔一小时将2 0 个出磨生料实测值依次输入系统，系统的控制输出将随 生料实测值的变化而变化。若变化规律与预想
9、的一致，说明系统的调节控制功能已经实现。 进一步，还可通过实时仿真对系统的某些参数进行调整，例如F Is Q o ( 的死区、校正常数、 垒璺查墨兰量堕至墨塑皇璺垒查翌茎奎堕全丝墨墨 ! ! 消除累积偏差的生料量等参数 2 】都可通过实时仿真加以确定仿真示意图见图。 人E 社阿拉捌箍略季孚托镬扭 生斟实琵渔辑瞬对流量 生辞赁毓控制仿真示童辩 下面给出- - - + 0 自真实例。 ( 1 ) 某厂原科成分伤壤1 ) 表I 某厂原料成分( ) 豫科L , m s 5 j o ， A l ! 0 3F e 0 3 C a O M ；0其它 石蕊石4 0 ，5 3土7 Il ，1 0O ，5 85
10、2 6 2n 5 7 n4 桔土 5 5 S6 5 4 7I 土4 83 1 82 ，3 31 5 5t 9 6 诙琦 4 ，4 01 6 ”4 9 86 2 7 9t 5 91 蛄6 - 砣 ( 2 洼科率值控制指标：K H = I 0 6 n = 2 3 9P = 1 3 4 ( 3 舫真结果但表2 ) 表2 仿真结果( ) 餐设的出磨生丰车分析值厦说砚 石灰石 群品号 S i o ， A 1 1 0 3F 电0 3C a O逼甓 配比 I l 上9 63 1 23 3 2斗4 5 理塑瞧8 3 6 7 1 3 9 63 3 62 ，5 04 3 0 3 C a O l ，其它l 靳3 6
11、 3t 3 9 63 3 6 2 5 04 3 - 0 3C a O l ，箕宅t舯5 7 41 1 9 62 S g 2 1 44 5 8 7C j o t 其它lS 7 I ： ， 1 1 2 8 92 ，1 44 5 S 7C a OT 其它l赫，5 8 6l ：9 63 1 22 ，3 24 工4 5 弹拦瞧 3 5 ，4 7 71 1 9 62 8 82 1 44 5 8 7 C a OT 其它t8 1 3 9 SI I 9 62 8 82 ，1 44 5 8 7 C t 其它l7 8 3 2 91 3 9 63 3 62 5 0 4 3 0 3C a 0 1 其它l蛐6 2 1 0
12、1 3 9 63 3 6 ：5 04 3 0 3C a O I ，硅占，8 ：1 9 从表2 可以看出，出磨生科C a O 偏低时，石灰石配比增大, ：( Z a O 偏高时，石灰石配比减 小；C a O 为理想值时，石灰石配比基本维持不变。同样，牯土与S i O ：、铁粉与F e t C h ，也有类似的 变化规律。这种变化规律符合生产实际对系统调节控制功毖舶要求。由于调节及时，趋势正 5 2全国术泥生抖质量控制应用技术研讨交流会论文集 确，系统投入实际使用后，生料质量得到明显的改善。 3 应用考核 系统投入正常使用后，如何对系统及相关的过程设备进行生产应用考核。也是系统设计者 和工厂管理人
13、员所关心的问题之一。 现场应用考核的目的。是考核系统本身的调节控制功能- 二是考核与系统配套的过程设 备性蓝如何 如：配料秤的精度和稳定性生料均化库的均化效果等。 为进行应用考核，系统投入正常使用后，要对出磨和人窑生料成分定时记录拼傲必要的 统计分析。为此系统应当提供出磨生料凄量日报表和人窑生料质量月报表。日报表用于记 录一天2 4 个出磨生料样品的化学成分及率值奔由计算机自动对其进行最大值、最小值、平 均值、目标值的统计计算。 通过平均值与耳标值的接近程度 可以评价系统本身的性能优劣。也可评价工艺配料方案 是否圆满实现。 月报表用于记录每月3 0 个 窑生料样品( 每天个样品) 的化学成分及
14、其率值拼对其进 行最大值、最小直、平均值、标准偏差的统计计算。姐果日报表中出磨生料率值平均值满足 ( I H 3 ) 式揶么月报表中人窑生料率值平均值也就能够满足( 1 冲) 式饵报表中人窑生料率值 标准偏差反映了人窑生料的均匀稳定情配它在很太程度E 取决于生料均化库的均化能力强 弱。当人窑生料的率值标准偏差达蓟s 强O 0 2 、s n O 1 、S P 一 O 1 5 时表明人窑生辩已很 均匀稳定旭说明包括生料均化库在内的生料质量控制系统性髓十分优秀。 应当强调指出对生料质量控制系统的应用考棱，时间不能太短簋时间的数据不自说明 任何问题，只有通过几个月的数据积累和统计分析才能对系统性能及技术经济效益作出令人 信服的客觋评馈。 参考文献 1 高长明再论生料均化链的基本概念水泥，1 9 9 5 T ( 1 ) 2F IS 叫X XS y s t e mR e = r e 丑c cM a m l a g 内部资料)
