熟料生產(chǎn)線增濕塔控制系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：千業(yè)水泥二期4 500t/d熟料生產(chǎn)線于2011年投產(chǎn)運(yùn)行，增濕塔運(yùn)行時(shí)采用了變頻調(diào)速控制噴水量的方式，即根據(jù)增濕塔出口溫度調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制噴水量大小。但在使用和維護(hù)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了較多問(wèn)題，如增濕塔多次濕底等。為使該系統(tǒng)更好地運(yùn)行，筆者對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：增濕塔；PID調(diào)節(jié)；廢氣處理；立磨

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ172.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）10-0051-02

Optimization of Humidification Tower Control

System in Clinker Production Line

SHE Yongming1 LI Ran2

（1.Henan College of Industry Information Technology，Jiaozuo Henan 454000；

2.Jiaozuo Qianye Cement Co.， Ltd.，Jiaozuo Henan 454000）

Abstract： The second 4 500t/d clinker production line of Qianye Cement Co.， Ltd. put into operation in 2011. When the humidification tower is running ， the method of variable frequency speed regulation is adopted to control the amount of water spraying. In order to make the system run better， the control system was optimized and improved.

Keywords： humidification tower；PID regulation；tail gas treatment；vertical mill

1 研究背景

在新型干法水泥熟料燒成系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生溫度達(dá)300℃以上的大量廢氣，如窯尾預(yù)熱器出口的廢氣溫度通常為300～420℃。就當(dāng)前環(huán)保除塵技術(shù)而言，無(wú)論是靜電除塵器還是布袋除塵器，都不能直接對(duì)此類(lèi)煙氣進(jìn)行高效除塵，只有通過(guò)改變此類(lèi)含塵煙氣的溫度和濕度，才能使除塵設(shè)備對(duì)此類(lèi)煙氣有高效的收塵能力，凈化后的氣體才能達(dá)到《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4915—2013）的排放要求。增濕塔運(yùn)行效果的好壞直接影響窯尾除塵器的除塵效率、濾袋的使用壽命、廢氣排放的達(dá)標(biāo)率和回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。因此，在新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝中，增濕塔具有非常重要的作用。

千業(yè)水泥二期4 500t/d熟料生產(chǎn)線所采用的增濕塔噴霧系統(tǒng)的主要參數(shù)如下。設(shè)計(jì)尺寸：[Φ]9.5m×45m；設(shè)計(jì)處理風(fēng)量：860 000m3/h；煙氣進(jìn)口溫度：350℃（短時(shí)450℃）；煙氣目標(biāo)出口溫度：120～150℃[1]。

2 增濕塔控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

改造前，增濕塔系統(tǒng)采用的是回流式噴水系統(tǒng)，操作方式為手動(dòng)操作，不能隨廢氣溫度變化而自動(dòng)控制噴水量，人為主觀控制影響因素較多，時(shí)有噴水量過(guò)大而造成增濕塔濕底故障，需停磨處理，影響立磨的運(yùn)轉(zhuǎn)率和回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行中，增濕塔控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題較多，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

①在工藝系統(tǒng)突然發(fā)生變化時(shí)（主要指生料磨的開(kāi)停、回轉(zhuǎn)窯臨停等），中控操作員無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速（噴水量），經(jīng)常因過(guò)量的噴水造成增濕塔濕底，使出料斜槽堵死，從而影響正常生產(chǎn)，或因噴水量過(guò)小導(dǎo)致溫度過(guò)高，影響除塵效率或使收塵器濾袋損壞[2]。

②該噴水系統(tǒng)在高水壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，系統(tǒng)閥門(mén)及噴槍容易損壞漏水，需經(jīng)常維修或更換，運(yùn)行費(fèi)用較高，工作量較大。

3 優(yōu)化增濕塔控制系統(tǒng)的措施

3.1 增加PID自動(dòng)調(diào)節(jié)程序

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中，我們探索出了增濕塔系統(tǒng)的噴水控制規(guī)律，為解決實(shí)際問(wèn)題提供了依據(jù)。該熟料生產(chǎn)線所用的編程軟件中自帶有PID控制模塊，通過(guò)修改DCS程序，嵌入PID溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)程序，一般需要調(diào)整的是PID控制模塊的P（比例）、I（積分）、D（微分）設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)增濕塔系統(tǒng)出口溫度信號(hào)的采集、跟蹤、計(jì)算和處理，使該系統(tǒng)的出口溫度滿足實(shí)際要求。

PID參數(shù)要根據(jù)增濕塔出口溫度的實(shí)際變化情況進(jìn)行設(shè)置（增濕塔出口溫度與水泵轉(zhuǎn)速變化的反映速度），參數(shù)設(shè)定的大小關(guān)系到電除塵器進(jìn)口廢氣溫度控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此，合理設(shè)置參數(shù)尤為重要。對(duì)于不同PID控制回路的參數(shù)調(diào)整，雖然調(diào)試人員已經(jīng)積累了部分經(jīng)驗(yàn)，但每個(gè)參數(shù)不可能適應(yīng)所有的應(yīng)用場(chǎng)所，且同一控制點(diǎn)的參數(shù)也會(huì)在不同項(xiàng)目中有所差異。這就需要調(diào)試人員在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中進(jìn)一步去摸索。調(diào)整PID參數(shù)是一個(gè)繁瑣而漫長(zhǎng)的過(guò)程，調(diào)試人員要根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合不同的工作條件，反復(fù)調(diào)整，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，找到最合適的參數(shù)。

3.2 增加水池液位浮球閥

增濕塔運(yùn)行期間，為避免水箱缺水或溢出，工作人員需要經(jīng)常查看水箱內(nèi)的液位。為了有效控制水箱的水量，我們采用了液位浮球閥，適合時(shí)打開(kāi)或切斷閥芯輸入水流或阻止水流外泄。其具有以下優(yōu)勢(shì)：液位控制準(zhǔn)確，水位不受壓力波動(dòng)干擾，開(kāi)閉緊密不漏水，浮球靈活，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，資金投入也很小。

3.3 增加噴嘴堵塞報(bào)警

水質(zhì)較差、管路中的鐵銹及過(guò)濾器損壞均有可能導(dǎo)致噴嘴堵塞。噴嘴嚴(yán)重堵塞時(shí)，會(huì)造成泵的損壞。正常情況下，隨著泵速的提高，液體的壓力也會(huì)隨之上升，與此同時(shí)水流量相應(yīng)增加，噴霧量增加；相反，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，液體壓力隨之下降，流量減小，噴霧量減小。

堵塞預(yù)先報(bào)警邏輯為：變頻器設(shè)置輸出頻率不變（即泵的轉(zhuǎn)速不變），采樣流量值比正常情況低10%以上，采樣壓力值大于正常值的30%。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，發(fā)出“請(qǐng)檢查噴嘴，可能部分堵塞！”的報(bào)警，提醒中控控制人員檢查噴嘴，避免其進(jìn)一步堵塞。實(shí)踐證明，該功能切實(shí)起到了預(yù)防的作用。

4 應(yīng)用效果

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

①自增濕塔自動(dòng)噴水改造成功后，在立磨系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，窯系統(tǒng)窯尾廢氣中粉塵經(jīng)增濕塔后不再外排，經(jīng)鉸刀后進(jìn)入生料庫(kù)，每小時(shí)約10t，每周立磨庫(kù)滿停機(jī)約16h，由此可計(jì)算得出每月增加生料的產(chǎn)量：10×16×4=640t，每年按生產(chǎn)9個(gè)月計(jì)算，則增加生料產(chǎn)量：640×9=5 760t。目前，噸生料電耗在20kW·h/t，每度電按0.5元計(jì)算。每年可節(jié)約電費(fèi)：5 760×20×0.5=57 600元。

②增濕塔在外排情況下，每周需要安排3t鏟車(chē)工作4h將外排粉塵清理到圓堆，鏟車(chē)每小時(shí)油耗約為18L，柴油價(jià)格為5元/L，則每年可節(jié)約油費(fèi)：18×4×4×9×5=12 960元。

4.2 間接效益

①在回轉(zhuǎn)窯開(kāi)停、生料磨庫(kù)滿停機(jī)時(shí)，水泵可實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)定的溫度參數(shù)自動(dòng)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。

②在窯系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)論是開(kāi)磨或停磨，當(dāng)增濕塔系統(tǒng)出口溫度發(fā)生變化時(shí)，其噴水自動(dòng)控制系統(tǒng)均能及時(shí)、準(zhǔn)確地跟蹤，達(dá)到系統(tǒng)噴水量自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，使增濕塔出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度之內(nèi)（誤差±1℃），滿足了廢氣處理特性的要求，確保了除塵器能高效運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。

③改造前，噴水系統(tǒng)一直處于3.2MPa左右，供水系統(tǒng)水泵及閥門(mén)易漏水，需經(jīng)常維修或更換，運(yùn)行費(fèi)用較高。改造后，噴水系統(tǒng)處于1.7MPa狀態(tài)，系統(tǒng)水泵及閥門(mén)不易損壞，運(yùn)行費(fèi)用較低。

④杜絕了增濕塔濕底現(xiàn)象，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了立磨的臨停，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)率，穩(wěn)定了窯的生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

⑤減少了清理增濕塔底部灰塵的工作量，避免在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的揚(yáng)塵，給清潔生產(chǎn)帶來(lái)了較大好處，一定程度上減輕了環(huán)保壓力。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化了增濕塔控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于項(xiàng)目中。通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)，可以提高增濕塔的使用效率，提高控制精度，避免由噴水量過(guò)大而造成的濕底現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)增濕塔運(yùn)行和自動(dòng)系統(tǒng)的分析和長(zhǎng)期觀察，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，增加了PID程序，優(yōu)化了相關(guān)參數(shù)，得到了良好的反饋，同時(shí)也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]向昭東，肖云，袁棟林，等.增濕塔控制系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)[J].水泥，2009（3）：57-58.

[2]張楠，羅洪秦.增濕塔噴水控制系統(tǒng)的優(yōu)化[J].水泥，2015（9）：47-48.