輥磨智能控制系統在水泥原料輥磨上的應用

曹軍波，饒銳，任森

1 引言

水泥行業能源消耗占全國工業能源消耗的5%以上，是能源消耗的“大戶”。為了實現國家節能減排總體目標，在《水泥工業“十三五”節能減排達標工作計劃和實施方案》中，建材聯合會提出了以下要求：“‘十三五’期間，全部在產生產線的能耗達到《水泥單位產品能源消耗限額》標準限定值要求。”

原料輥磨是水泥生產的主要耗電設備之一，原料輥磨系統也是一個多變量強耦合的系統。輥磨研磨過程是一個純粹的物理（機械）過程，磨機壓差、出口溫度、電流、振動等關鍵過程參數存在一個最佳運行區間。原料輥磨只有在最佳運行區間內運行，單位電耗和設備損耗才能最小化，磨機運行效能才能最大化。但是，目前國內原料輥磨均是以人工操作為主，操作員往往不能長時間將其保持在最佳運行區間，磨機單位電耗與國際先進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企業，擁有一條5 000t/d 新型干法水泥熟料生產線。為了提高原料輥磨的生產效能，廣德南方公司與浙江邦業股份科技有限公司（以下簡稱“邦業科技”）合作，在廣德南方公司水泥生產線引入ICE原料輥磨智能控制系統，實現了對原料輥磨的閉環優化控制，大幅降低了原料輥磨運行單位電耗。

2 原料輥磨智能控制系統

2.1 ICE智能控制平臺軟件

ICE 智能控制平臺軟件（Intelligent Control Environment）是由浙江邦業科技股份有限公司自主研發的，以多變量模型預測控制（Model Predictive Control，MPC）算法為核心的智能控制軟件包，包含ICE-RT（在線運行）、ICE-COM（數據通信）、ICEDA（數據采集）、ICE-MDL（過程建模）、ICE-CFG（組態配置）、ICE-SML（離線仿真）六大組件，軟件總體架構如圖1所示。

2.2 原料輥磨工藝流程

原料輥磨集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送于一體，具有粉磨效率高、烘干能力大、產品細度易于調節、噪音小、電耗低、工藝流程簡單、磨耗小、運行費用省等顯著優點，非常適合于大型化的水泥生產線的粉磨工藝。目前國內制造和使用的輥磨的主要技術、經濟指標已達到國際先進水平。

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。碾磨裝置的運動由磨盤回轉并相應帶動磨輥傳動，碾磨壓力除了磨輥自重外，主要靠液壓裝置對磨盤物料加壓。碾磨后的物料經配套的選粉機分選，粗粉回到磨盤再次粉磨，其余成品經收塵和輸送系統送入成品儲庫。

2.3 原料輥磨智能控制系統主要功能

圖1 ICE系統架構圖

ICE輥磨智能控制系統控制回路圖見圖2。

運用原料輥磨智能控制系統可提升磨機料位的穩定性，使磨機料位運行在最佳運行區間，最大化磨機產量，提升出磨生料的質量（細度）的穩定性。原料輥磨智能控制系統的主要功能如下：

（1）調節磨機喂料量，保持磨機料層穩定，將磨機電流、循環斗式提升機電流、磨機振動以及磨機壓差控制在設定范圍內。

（2）調節磨機的噴水和研磨壓力，保證磨機振動的穩定。

（3）調整選粉機轉速和排風機轉速，保證磨機出磨生料質量（細度）最優化。

（4）調整磨機的冷熱風閥和循環風閥，保證磨機出口溫度穩定，保持入磨負壓在一定范圍內波動。

圖2 ICE輥磨智能控制系統控制回路圖

表1 考察結果記錄表

圖3 智能控制系統未使用時磨機運行情況

（5）調整調配站喂料量，穩定計量倉倉重。

3 輥磨智能控制系統應用效果

為了考察輥磨智能控制系統在廣德南方公司的應用效果，進行了72h 的對比實驗，實驗前后原材料和磨況基本一致。去掉停磨期間的數據，考察結果見表1，運行對比見圖3、圖4。

圖4 智能控制系統使用后磨機運行情況

表2 原料輥磨單位電耗歷史同期對比表

從表1的數據可以看出，在使用原料粉磨智能控制系統之后，磨機出口溫度和磨機壓差的穩定性明顯提升，磨機喂料量上升了10.2t/h，主機電流上升了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）數據進行了對比（2018.6.15-6.30與2019.6.15-6.30），對比情況見表2。從表2 的數據可見，使用原料粉磨智能控制系統后，雖然磨機主電機電流上升，但噸生料電耗較2018年同期下降了0.27kWh。

4 結語

ICE 輥磨智能控制系統在廣德南方公司取得了良好的應用效果，大幅提升了輥磨裝置運行的穩定性和磨機產量，降低了單位電耗，為業內其他企業解決類似問題提供了參考。