熟料燒成系統篦冷機自動化控制改進措施

王彪

1 概述

目前市場上仍存在大量的第三代篦冷機，有的篦冷機生產年代甚至更早，運行效果不佳。為了提高篦冷機運行的穩定性及自動化程度，進一步節能降耗，很多水泥生產企業都在考慮對篦冷機進行升級改造。篦冷機改造所涉及到的系統和部件較多，如何合理發揮它們的協同作用，進行自動化控制技術改造至關重要。2018年，我公司對淮北眾城5 000t/d水泥生產線中使用的篦冷機進行了升級改造，取得了良好的效果。

2 篦冷機改造前存在的主要問題

（1）抗故障能力差，運行不穩定

擬改造項目原設備控制系統對篦冷機每列篦床的移動精度控制較粗放，各列篦床之間的前進速率存在差異，運行邏輯的穩定性和控制的魯棒性較差，造成篦冷機停機概率高。該項目篦冷機篦床較寬，但列數較少，任意一列篦床出現故障，都會造成篦冷機停機，進而導致停窯。

（2）現場巡檢不便，故障查找較慢

現場配備的人機界面觸屏機無法全面顯示各類電氣控制系統聯鎖狀態，只能依靠中控與現場電話聯系確認，但現場噪音較大，溝通不便。此外，現場風門開度及風量只有中控顯示，沒有現場顯示，造成現場巡檢不便，各類電氣聯鎖故障查找較慢。

（3）料層厚度采用壓力控制，穩定性較差

通過風室壓力判斷料層厚度，由于風室密封不良，同時大塊熟料較多，壓力檢測不穩，造成料層控制不到位。

（4）漏料嚴重，熱回收效果差

采用快篦速運行模式，造成輥輪、滑塊及篦床密封磨損較快，運行不穩定，漏料嚴重，熱回收效果差，且備件更換成本高。

3 自動化控制改造方案

（1）根據現場實際情況，采用一段9列式篦冷機運行系統替換篦冷機原6列篦床控制運行系統。改造后，任一列篦床或不相鄰的兩列篦床出現故障時，篦冷機均無需進行停機檢修，現場觸屏機及中控室均會報警并顯示故障所屬篦床列數及故障原因。中控操作人員通過采取減小喂料量、降低風室通風量等措施后，即可進入篦床下部檢測各電控器件、檢查液壓系統元器件，及時排除故障，恢復正常運行。

（2）現場篦冷機共有四種運行模式：現場單動、現場手動、現場自動、中控自動，將各種模式的啟動、聯鎖采用現場觸屏顯示，并傳至中控，以便于現場巡檢維修及調試。篦床控制模式見圖1。

另將現場風機運行狀態、風門開度及風量，采用現場觸屏及中控雙顯示，可便于工藝巡檢人員現場巡檢監控，及時根據現場情況判斷故障隱患，提高設備運行穩定性，降低設備故障率。

中控啟動聯鎖調節時，運行狀態及風量開度顯示情況見圖2、圖3。

圖1 篦床控制模式

圖2 運行狀態雙顯示

（3）自主研發篦床溫度檢測系統，通過檢測系統判斷篦床物料厚度，并通過PID系統調節，達到穩產、高效、低能耗的目的。具體的方案是，通過檢測固定篦板溫度，判斷物料厚度，通過控制程序計算建議，給出相匹配的篦床運行速率。當固定端篦床溫度報警時，信號采集系統將及時反饋至現場觸屏與中控室，提醒中控操作人員降低篦速或提高喂料量，自動調整各個風機風門開度，防止物料被吹穿，保持篦床合理的料層厚度，確保篦冷機系統穩定運行。料層厚度與風機風門開度調整見圖4。

改造后，根據固定端篦床溫度控制篦床速率，反應靈敏，且采用厚料層低速運行，篦冷機運行穩定性大幅提升。自篦床溫度檢測系統投用至今，未發生過因篦冷機造成的熟料燒成系統停機的現象，且備件維修成本大幅度降低，每年可節約維修費用300萬元左右。

（4）在傳統PID控制的基礎上，增加了液壓油流量壓力自修正和前饋控制。根據比例閥前后壓差，結合閥流量曲線，對流量控制增加了壓力動態自修正功能；結合設備出廠前空載條件下以及現場裝配后的測試結果，針對不同的流量控制值，對比例閥的開度進行了預設。通過上述方式，調節系統響應時間可控制在10ms，調節精度優于2mm。

（5）通過檢測具有代表性的3、4列比例閥的進出壓力，結合篦床前一個沖程的負載和速率控制情況，優化算法，自動調整液壓系統壓力設定值，從而調整液壓系統輸出，有效降低了系統的無效輸出，降低了液壓油泵的能耗。

圖3 風量、開度雙顯示

4 改造后燒成系統的運行效果

技改后，經一年多的穩定運行，并由第三方檢測機構對篦冷機系統進行熱工標定，各項指標均符合設計要求，達到目前市場先進水平。

（1）系統運轉率對比

技改后篦冷機運行穩定性顯著提高，熟料系統運轉率由原來的70%提高到92%。

圖4 料層厚度與風機風門開度調整

（2）熟料產量對比

改造前，燒成系統平均熟料產量約5 300t/d。改造后，燒成系統平均熟料產量約5 800t/d。

（3）二次風溫對比

改造前，篦冷機二次風溫偏低，平均溫度大約1 050℃。改造后，提高了熱交換的效果，二次風溫平均溫度大約1 152℃。

（4）出篦冷機熟料溫度對比

改造前，出篦冷機熟料溫度平均約190℃。改造后，出篦冷機熟料溫度平均約85℃，冷卻效果明顯改善。

（5）余熱發電量對比

改造前，余熱發電平均29kWh/t熟料。改造后，余熱發電平均38kWh/t熟料。

（6）電耗對比

通過本次技術改造，熟料系統的運行穩定性大幅提升，熟料平均電耗由原來的70kWh/t降低到60kWh/t，節約了生產成本。