輥磨智能控制系統(tǒng)在水泥原料輥磨上的應(yīng)用

曹軍波，饒銳，任森

1 引言

水泥行業(yè)能源消耗占全國工業(yè)能源消耗的5%以上，是能源消耗的“大戶”。為了實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排總體目標(biāo)，在《水泥工業(yè)“十三五”節(jié)能減排達(dá)標(biāo)工作計(jì)劃和實(shí)施方案》中，建材聯(lián)合會(huì)提出了以下要求：“‘十三五’期間，全部在產(chǎn)生產(chǎn)線的能耗達(dá)到《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標(biāo)準(zhǔn)限定值要求。”

原料輥磨是水泥生產(chǎn)的主要耗電設(shè)備之一，原料輥磨系統(tǒng)也是一個(gè)多變量強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。輥磨研磨過程是一個(gè)純粹的物理（機(jī)械）過程，磨機(jī)壓差、出口溫度、電流、振動(dòng)等關(guān)鍵過程參數(shù)存在一個(gè)最佳運(yùn)行區(qū)間。原料輥磨只有在最佳運(yùn)行區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，單位電耗和設(shè)備損耗才能最小化，磨機(jī)運(yùn)行效能才能最大化。但是，目前國內(nèi)原料輥磨均是以人工操作為主，操作員往往不能長時(shí)間將其保持在最佳運(yùn)行區(qū)間，磨機(jī)單位電耗與國際先進(jìn)水平相比仍存在較大差距。

安徽廣德南方水泥有限公司（以下簡稱“廣德南方公司”）是南方水泥有限公司下屬水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)，擁有一條5 000t/d 新型干法水泥熟料生產(chǎn)線。為了提高原料輥磨的生產(chǎn)效能，廣德南方公司與浙江邦業(yè)股份科技有限公司（以下簡稱“邦業(yè)科技”）合作，在廣德南方公司水泥生產(chǎn)線引入ICE原料輥磨智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對原料輥磨的閉環(huán)優(yōu)化控制，大幅降低了原料輥磨運(yùn)行單位電耗。

2 原料輥磨智能控制系統(tǒng)

2.1 ICE智能控制平臺(tái)軟件

ICE 智能控制平臺(tái)軟件（Intelligent Control Environment）是由浙江邦業(yè)科技股份有限公司自主研發(fā)的，以多變量模型預(yù)測控制（Model Predictive Control，MPC）算法為核心的智能控制軟件包，包含ICE-RT（在線運(yùn)行）、ICE-COM（數(shù)據(jù)通信）、ICEDA（數(shù)據(jù)采集）、ICE-MDL（過程建模）、ICE-CFG（組態(tài)配置）、ICE-SML（離線仿真）六大組件，軟件總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 原料輥磨工藝流程

原料輥磨集細(xì)碎、烘干、粉磨、選粉、輸送于一體，具有粉磨效率高、烘干能力大、產(chǎn)品細(xì)度易于調(diào)節(jié)、噪音小、電耗低、工藝流程簡單、磨耗小、運(yùn)行費(fèi)用省等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合于大型化的水泥生產(chǎn)線的粉磨工藝。目前國內(nèi)制造和使用的輥磨的主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

原料輥磨的粉磨是由一套碾磨裝置（即磨輥和磨盤）來完成的，物料在磨輥和磨盤之間被碾磨成粉狀。碾磨裝置的運(yùn)動(dòng)由磨盤回轉(zhuǎn)并相應(yīng)帶動(dòng)磨輥傳動(dòng)，碾磨壓力除了磨輥?zhàn)灾赝?，主要靠液壓裝置對磨盤物料加壓。碾磨后的物料經(jīng)配套的選粉機(jī)分選，粗粉回到磨盤再次粉磨，其余成品經(jīng)收塵和輸送系統(tǒng)送入成品儲(chǔ)庫。

2.3 原料輥磨智能控制系統(tǒng)主要功能

圖1 ICE系統(tǒng)架構(gòu)圖

ICE輥磨智能控制系統(tǒng)控制回路圖見圖2。

運(yùn)用原料輥磨智能控制系統(tǒng)可提升磨機(jī)料位的穩(wěn)定性，使磨機(jī)料位運(yùn)行在最佳運(yùn)行區(qū)間，最大化磨機(jī)產(chǎn)量，提升出磨生料的質(zhì)量（細(xì)度）的穩(wěn)定性。原料輥磨智能控制系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）調(diào)節(jié)磨機(jī)喂料量，保持磨機(jī)料層穩(wěn)定，將磨機(jī)電流、循環(huán)斗式提升機(jī)電流、磨機(jī)振動(dòng)以及磨機(jī)壓差控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

（2）調(diào)節(jié)磨機(jī)的噴水和研磨壓力，保證磨機(jī)振動(dòng)的穩(wěn)定。

（3）調(diào)整選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證磨機(jī)出磨生料質(zhì)量（細(xì)度）最優(yōu)化。

（4）調(diào)整磨機(jī)的冷熱風(fēng)閥和循環(huán)風(fēng)閥，保證磨機(jī)出口溫度穩(wěn)定，保持入磨負(fù)壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖2 ICE輥磨智能控制系統(tǒng)控制回路圖

表1 考察結(jié)果記錄表

圖3 智能控制系統(tǒng)未使用時(shí)磨機(jī)運(yùn)行情況

（5）調(diào)整調(diào)配站喂料量，穩(wěn)定計(jì)量倉倉重。

3 輥磨智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果

為了考察輥磨智能控制系統(tǒng)在廣德南方公司的應(yīng)用效果，進(jìn)行了72h 的對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前后原材料和磨況基本一致。去掉停磨期間的數(shù)據(jù)，考察結(jié)果見表1，運(yùn)行對比見圖3、圖4。

圖4 智能控制系統(tǒng)使用后磨機(jī)運(yùn)行情況

表2 原料輥磨單位電耗歷史同期對比表

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，在使用原料粉磨智能控制系統(tǒng)之后，磨機(jī)出口溫度和磨機(jī)壓差的穩(wěn)定性明顯提升，磨機(jī)喂料量上升了10.2t/h，主機(jī)電流上升了4.9A。

為了更直觀地反映輥磨單位電耗改善情況，我們對歷史同期單位電耗（噸生料電耗）數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比（2018.6.15-6.30與2019.6.15-6.30），對比情況見表2。從表2 的數(shù)據(jù)可見，使用原料粉磨智能控制系統(tǒng)后，雖然磨機(jī)主電機(jī)電流上升，但噸生料電耗較2018年同期下降了0.27kWh。

4 結(jié)語

ICE 輥磨智能控制系統(tǒng)在廣德南方公司取得了良好的應(yīng)用效果，大幅提升了輥磨裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和磨機(jī)產(chǎn)量，降低了單位電耗，為業(yè)內(nèi)其他企業(yè)解決類似問題提供了參考。