鋁礬土煅燒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

胡 利，吳治國

（湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南岳陽 414507）

0 引言

中國的鋁土礦資源比較豐富，截止到2008年已探明儲量達(dá)到32.23 億噸[1]，主要用于煉鋁、制耐火材料。隨著耐火材料用鋁礬土燒成窯型的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的擴大，鋁礬土燒成的電氣設(shè)備使用越來越多，裝機容量也越來越大，這為鋁礬土煅燒行業(yè)使用生產(chǎn)線控制系統(tǒng)提供了先決條件。

鑒于鋁礬土煅燒控制系統(tǒng)很少有人提及，本文根據(jù)鋁礬土煅燒窯電氣設(shè)計的經(jīng)驗并查閱大量資料撰寫，主要討論耐火材料用鋁礬土的煅燒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，希望對鋁礬土煅燒行業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計有參考意義。

1 鋁礬土煅燒工藝的進(jìn)步

鋁礬土的煅燒根據(jù)采用不同的窯有不同的方式。20 世紀(jì)90 年代，中國鋁礬土主要以豎窯、倒焰窯、回轉(zhuǎn)窯煅燒為主。其中，山西陽泉以豎窯和倒焰窯為主；孝義地區(qū)以回轉(zhuǎn)窯為主；貴州、河南以豎窯為主，一直延續(xù)到2007年。一些主產(chǎn)區(qū)逐步開始取締豎窯、倒焰窯等落后窯爐，繼而出現(xiàn)了方窯、梭式窯、回轉(zhuǎn)窯等先進(jìn)窯爐[1]。近期又出現(xiàn)了窯尾加預(yù)熱器利用煙氣對塊料預(yù)熱、烘干機利用煙氣對均化料烘干等節(jié)能方式。

鋁礬土回轉(zhuǎn)窯與傳統(tǒng)的煅燒方法相比有如下特點。

（1）產(chǎn)量高，其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出梭式窯、豎窯、倒焰窯等窯爐。

（2）單位能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好、穩(wěn)定性好，市場價格比其他窯爐有優(yōu)勢。

（3）操作簡單、可靠，整條生產(chǎn)線需要的人員少，窯內(nèi)的工藝狀況穩(wěn)定。

（4）環(huán)境污染小，設(shè)備維護少、運轉(zhuǎn)率高。

（5）適應(yīng)性好，燃料采用煤氣、煤粉和燃油等都可。

（6）生產(chǎn)線可以使用自動化控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)線更加完善、穩(wěn)定。

2 鋁礬土煅燒生產(chǎn)線系統(tǒng)現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代以前的鋁礬土燒成項目中，由于采用的工藝為坑窯和立窯等方式，電氣設(shè)備基本可以不使用。后期隨著方窯、梭式窯、回轉(zhuǎn)窯等窯爐的出現(xiàn)以及產(chǎn)量、規(guī)模的擴大，電氣設(shè)備的使用越來越多，裝機容量也越來越大。特別是隨著回轉(zhuǎn)窯的出現(xiàn)，自動控制也開始進(jìn)入了鋁礬土生產(chǎn)行業(yè)。

2.1 單站自動控制生產(chǎn)線

隨著生產(chǎn)線年產(chǎn)量的增長以及國家對環(huán)保方面的要求，鋁礬土燒成生產(chǎn)線的電氣裝機容量以及供電方式都發(fā)生了很大變化。以前，一個1 000 kVA左右的變壓器可以解決全部負(fù)載；現(xiàn)在有采用高壓電機，比如窯尾風(fēng)機等大功率設(shè)備采用高壓供電，而且也分窯頭和窯尾根據(jù)負(fù)荷中心來布置2臺變壓器，還出現(xiàn)了高壓室、高壓無功補償、高壓綜合保護系統(tǒng)等。

以前的耐火材料行業(yè)全靠機旁按鈕或者電氣柜上的按鈕來操作，在窯頭設(shè)置調(diào)節(jié)窯速、調(diào)節(jié)窯尾排風(fēng)機風(fēng)門和調(diào)節(jié)下料量的調(diào)節(jié)電阻以及通過指針表或者數(shù)顯標(biāo)顯示的兩三個數(shù)量有限的溫度測點。看火工完全靠通過窯頭罩觀看窯內(nèi)情況來調(diào)節(jié)窯速和下料量，窯頭操作工無法掌握整個窯系統(tǒng)的全部情況，這種形式無法適應(yīng)大產(chǎn)量的生產(chǎn)線。2004 年，出現(xiàn)了采用單片機做的耐火材料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，由6個單片機站和1 臺上位機站組成。由于采用單片機，后期并未形成規(guī)模，也未出現(xiàn)大的發(fā)展[2]。

2.2 DCS控制生產(chǎn)線系統(tǒng)

隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)水平的提高，集散控制系統(tǒng)（DCS）開始進(jìn)入耐火材料行業(yè)。2005年，耐火材料國家工程研究中心建成了國內(nèi)第一條自動化水平較高采用DCS 系統(tǒng)的大型生產(chǎn)線[3]，具體的運行結(jié)果和配置未知。

2007 年，內(nèi)蒙某耐材有限責(zé)任公司建成一條鋁礬土均化料燒成生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用了原料濕磨、除鐵、均化、壓濾、擠出后烘干入旋窯煅燒的工藝。生產(chǎn)線有高壓室，采用了3 臺高壓電機，并配置了高壓無功補償和高壓綜合保護系統(tǒng)。根據(jù)負(fù)荷有窯頭變壓器、窯尾變壓器2個變壓器，分窯頭電氣室、窯尾電氣室、生料電氣室和合成電氣室4個電氣室。控制系統(tǒng)有窯頭控制室、煤磨控制室和合成控制室3 個控制室，共用了6臺電腦控制整條生產(chǎn)線。下位機采用了施耐德的Quantum 系列PLC 以及Twido 系列PLC 共同組成，分為窯頭、窯尾和合成3個分站。生料的配料系統(tǒng)由皮帶秤配料，未納入燒成控制系統(tǒng)中。

2009 年，山西某鋁業(yè)有限責(zé)任公司建成了一條鋁礬土燒成生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用了窯尾豎式預(yù)熱器預(yù)熱、旋窯煅燒的方式來燒鋁礬土塊料。其在窯尾冷煙室上增加了一個豎式預(yù)熱器，并新加了液壓推托、風(fēng)管冷卻、除塵器、排風(fēng)機等設(shè)備，節(jié)省燃料的同時，也提高了產(chǎn)量。生產(chǎn)線根據(jù)負(fù)荷設(shè)置了窯頭變壓器、窯尾變壓器2個變壓器，分窯頭電氣室、窯尾電氣室2個電氣室?？刂葡到y(tǒng)只有窯頭1個中央控制室，通過2臺電腦來控制整條生產(chǎn)線。下位機采用施耐德的Quantum系列PLC，該條線大量使用了變頻器和總線技術(shù)，在節(jié)能方面取得了很大成效。

2011 年，陽泉某高溫材料有限公司年產(chǎn)15 萬t 均質(zhì)合成耐火原料項目竣工。該項目采用濕法工藝生產(chǎn)鋁礬土均質(zhì)料，主要工藝為濕磨、壓濾、制磚、碼胚、隧道窯煅燒、包裝。該項目將墻體材料采用的機器人碼胚引入到耐火材料行業(yè)，極大減少了隧道窯煅燒中碼胚環(huán)節(jié)的人工，提升了自動化水平。

2014 年，朔州某耐火材料有限責(zé)任公司建成了一條年產(chǎn)20 萬t 的鋁礬土均化料燒成生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用了單磨雙擠出單烘干雙窯的方式來燒鋁礬土均化料，系統(tǒng)的總裝機容量達(dá)到了6 000 kW，建有高壓室，有4 臺變壓器、2臺高壓電機。該生產(chǎn)線除了工藝以及規(guī)模上的改進(jìn)和加大外，還增加了脫硝脫硫等設(shè)備，以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。控制系統(tǒng)有1#窯頭、2#窯頭、合成、生料、煤磨5 個控制室，通過8 臺電腦來控制整條生產(chǎn)線。下位機采用了施耐德的Quantum 系列PLC 以及Twido 系列PLC 共同組成，分為窯頭、窯尾、合成和生料4 個分站[4]。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

近幾年，先進(jìn)的控制理念和系統(tǒng)相繼開始進(jìn)入鋁礬土行業(yè)，如在配料系統(tǒng)中采用模糊控制[5]，在隧道窯中應(yīng)用建材行業(yè)特別是墻體材料行業(yè)的相關(guān)自動化技術(shù)，如機器人碼胚機等。

3 結(jié)束語

總體來說，目前國內(nèi)鋁礬土均化料行業(yè)的單窯產(chǎn)量和規(guī)模都不大，有單窯能達(dá)到10 萬t/年生產(chǎn)能力的很少，而且整個鋁礬土行業(yè)的自動化程度普遍不高，企業(yè)對于燒成控制系統(tǒng)也不重視。多數(shù)的鋁礬土燒成企業(yè)依舊停留在依靠數(shù)字表來顯示和調(diào)節(jié)的階段，做集控系統(tǒng)的鋁礬土燒成企業(yè)并不多，整個鋁礬土燒成行業(yè)的自動化水平還有待提高。而使用鋁礬土燒成控制系統(tǒng)又對解決當(dāng)前的用工形勢和擴大生產(chǎn)規(guī)模有很大的影響，建議大家在設(shè)計鋁礬土燒成生產(chǎn)線時考慮包含燒成控制系統(tǒng)。