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1、水泥生料配料及工况识别技术1 、 水泥生料配料技术水泥生料配料是水泥生产过程中的重要环节， 我国绝大多数的水泥企业生产 只是达到半自动化生产状态，现场操作人员主要根据中控室电脑显示的参数变化 以及化验室给出的化验结果经过长期的摸索总结出了操作经验， 很多情况下不能 及时的进行调节使得水泥产品的合格率比较低。 国内很多机构对水泥生料配料过 程提出来一些想法。阎焕忠，马斌等设计了一套水泥生料配料过程控制系统，庞 强，苑明哲等人根据生料三率值及配比之间的关系提出用率值补偿的方法来调整 配比，利用神经网络算法对问题进行建模仿真，仿真结果确实提高了生料质量的 合格率。方千山，马荣提出借助 BP 算法，对
2、水泥原料化学成分的关联参数进行 研究，通过神经网络的学习功能建立函数模型，预估水泥质量，得到最优的配比 方案。万新通过对国内多家水泥企业生料质量控制环节的深入了解，针对传统离 线式和安装了元素在线分析仪的在线式生料质量控制分别提出了相应的质量控 制设计方案。根据水泥三率值介绍了配比调节方法。采用不同的控制方法对水泥 生料质量控制进行了研究。在国外水泥产品质量好、自动化程度高，除了在控制 方面有比较先进适用的算法外，在设备方面也处于领先水平，元素在线分析仪能 够检测水泥生料中各种元素氧化物的含量在国外己经普及，而国内仅有极少部分 水泥企业尝试着引进元素在线分析仪，这些分析仪根据照射的不同可分为核
3、源、 激光、红外线等种类虽然经过长期的研究水泥生料质量控制有了明显的提高。但是还是受人为因素，控制不及时等因素的影响难以使水泥生料质量保持在最佳的范围内。而且针 对水泥生料配料系统的工况识别研究较少，由于生产过程中过程复杂多变，工况 经常发生变化， 变量多等特点还存在机械故障以及外界环境等时常发生的诸多问 题大多数还停留在理论研究阶段。 因此对水泥生料配料过程进行工况识别研究是 很有必要的。2、工况识别技术研究现状工况识别的方法可分为 : 基于数据，基于数学模型，基于知识三类。基于数据的 工况识别方法是通过对历史数据进行建模，分析数据获取工况相关特征。该方法 的特点是不需要精确的数学模型， 适
4、合高维相关数据的情况。 被广泛应用于冶金， 化工领域的工况识别。可分为定性方法及定量方法。基于模型解析方法的思想是 利用控制系统测量变量 （ 输出 / 输出、输人 / 输出或输入 / 输入 ） 之间的关系来实现 工况识别。基于模型的工况识别方法主要有基于观测器的状态估计、等价空间、 参数估计等方法。基于知识的方法是通过系统的因果模型、专家知识、系统的详 细描述来获得监控模型。利用积累的过程知识，该方法可以实现工业过程的在线 检测。该方法可分为 : 专家系统工况识别，神经网络工况识别和模糊工况识别。 袁铸钢，宋秋云在阐述了新型干法水泥生产工况识别方法研究意义和基本概念的 基础上，从原理、应用方向
5、以及效果等方面对常用的工况识别方法进行了分析。 马小燕针对分解炉系统非线性，大滞后工况复杂且波动大变量多且各变量间强祸 合等特点，要对其进行有效控制以实现分解炉系统稳定运行且入窑物料分解率最 大，则必须对其工况进行深入分析和研究。采用聚类的方法划分出水泥分解炉的 工况。欧阳骏提出利用主元分析，用少量主元反映多个动态变量的综合信息，并对频利用正交小波变换的多尺度时频分析提取主元中表征工况变化的频带特征， 带特征进行模式归纳分类，进而识别工况。文献在采用不同的工况识方法对水泥 回转窑工况进行了划分和识别并进行应用取得了一定的成果。在水泥生产其他环 节运用了工况识别的方法解决了实际生产过程中的一些问
6、题。文献在其他领域采 用工况识别的方法解决了一些实际应用问题。但是在对水泥生料配料工况识别方 面并未有人进行深入研究。3、研究的意义及目的水泥是粉状水硬性无机胶凝材料，是四大基础工程材料，是建筑工程中不可 缺少的重要材料，并且不可能被其他材料所代替。但是随着经济的发展以及人们 对环境保护的重视，水泥行业现如今面临着巨大的考验。在国家政策的支持下中 国水泥行业迎来了重组整合的时代，日产 2000 吨以下的中小型企业被强制关闭 大型企业面临着激烈的竞争，因此只有节能减耗降低成本才能占有有利市场地 位。水泥生产工艺流程一般称为“两磨一烧” ，而水泥生料配料作为水泥生产的 首个生产环节，更是整个水泥生
7、产线能够稳定生产的基础，因此水泥生料配料是 水泥生产的重要环节。 本文是在山东某水泥厂使用近红外光谱分析技术对磨后的 水泥生料进行实时在线检测为背景下完成的。水泥生料配料过程中的影响因素复 杂，因此会导致工况波动大且具有大滞后的特性，现场操作人员凭借主观意识和 参数变化来判断工况变化，这种调节方式具有较强的主观性，有可能做出错误的 判断会对后面的工段造成了不良影响。在使用水泥生料自动控制系统生产时会有 算法失准、模型失配的情况发生，从而影响控制效果。因此准确的识别工况变化 对水泥生料的生产控制至关重要。本文以水泥生料配料为背景，进行水泥生料配料工况识别研究，不仅对水泥生料的自动生产进行操作指导
8、，而且对实现水泥生料的自动化生产和提高水泥生料质量以及节能减耗有重要意义。研究背景及意 义。 水泥生产是一个连续过程，每个生产环节之间环环相扣前一个环节会对 后面的生产环节具有一定的影响。 因此水泥生料质量的稳定才有可能生产出高质 量的水泥，而且高质量的水泥生料还能对窑上的烧成操作提供稳定的生产条件。 因此水泥的质量的好坏的重要影响因素之一是水泥生料的质量。 目前大多水泥厂 生产生料的指标是依据三率值即 :石灰石饱和系数 (KH) ，硅率 (SH) ，铝率。石灰 饱和系数KH值实际上是表示熟料中 C3S及C2F的比值。如果石灰石饱和系数过低 则烧出的熟料强度会跟随降低，但是却较容易锻烧; 如果
9、石灰石饱和系数过高则烧出的熟料强度也会随之增高，但是熟料锻烧却较为困难。所以水泥生料的石灰 石饱和系数的多少间接的会会对后面的熟料锻烧造成移动的影响。因此KH值是控制配料比的重要指标。硅率或称硅酸率SM值实际上是表示熟料中硅酸盐矿物GS+GS)及熔剂的百分比。铁率或称铝率IM值表示熔剂矿物中相对含量的比例关系。SM , IM值及KH值对熟料烧成影响类似当两个值较高时锻烧较为困难；较低时锻烧较为容易，但是熟料质量较差。因此水泥生料配料过程在水泥生产系统 中占有重要的地位。水泥生料配料过程滞后大，且受原材料成分变化影响大，使 得生料配料过程的工况变化频繁。操作人员有时难以准确地把握工况，仅凭借主
10、观经验判断并调整配比，很难使配料效果稳定在良好的状态。因此结合现场实际 情况和对历史数据分析研究出准确划分工况变化并且能够及时的识别出来是十 分重要的。目前对水泥生料配料工况识别存在下面几个难点 :1. 难以根据数据建立实用的机理模型 生料配料是在磨机中进行，粉磨时间较长，而且还要在皮带秤上运输一段时间。由于系统存在非线性和长时间的滞后以及不确定因素的影响，因此建立的数 学模型仅针对个别情况并不能适用于整个水泥生料配料过程。2. 工况变化复杂由于水泥生料配料过程受到外界和内部许多不确定因素干扰，使得配料过程 工况波动频繁。而现场操作人员有可能发现不及时，进行配比调节时为时己晚造 成生料质量有着
11、较大的波动，对后面的工艺有着较大的影响。因此研究出及时准 确的识别工况变化的方法，对应对变化复杂的工况有着重要的意义。水泥生料生产的目标是使水泥生料每小时混合样的三率值稳定在化验室所 给出的指标范围内，这样才能保证水泥熟料的质量较为稳定。在实际生产中水泥 生料三率值尤其是石灰石饱和系数波动频繁，加上用于检测的分析仪安装在生料 磨后的运输斜槽上，使得操作人员有可能对当前工况变化做出错误的判断，导致 配比改变不合理从而使得水泥生料三率值产生一定的波动甚至使得水泥生料质 量不合格。因此如何对现场工况进行划分和识别，根据识别出的结果为现场操作 人员或者水泥生料自动控制系统提供正确的操作指导方案，进而改善配料效果， 稳定水泥生料质量，是一个函待解决的问题。
