鋁礬土煅燒生產線控制系統現狀分析

胡 利，吳治國

（湖南黃金洞礦業有限責任公司，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步以及生產規模的擴大，鋁礬土燒成的電氣設備使用越來越多，裝機容量也越來越大，這為鋁礬土煅燒行業使用生產線控制系統提供了先決條件。

鑒于鋁礬土煅燒控制系統很少有人提及，本文根據鋁礬土煅燒窯電氣設計的經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線控制系統，希望對鋁礬土煅燒行業控制系統的設計有參考意義。

1 鋁礬土煅燒工藝的進步

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

鋁礬土回轉窯與傳統的煅燒方法相比有如下特點。

（1）產量高，其產量遠遠超出梭式窯、豎窯、倒焰窯等窯爐。

（2）單位能耗低、產品質量好、穩定性好，市場價格比其他窯爐有優勢。

（3）操作簡單、可靠，整條生產線需要的人員少，窯內的工藝狀況穩定。

（4）環境污染小，設備維護少、運轉率高。

（5）適應性好，燃料采用煤氣、煤粉和燃油等都可。

（6）生產線可以使用自動化控制系統，使生產線更加完善、穩定。

2 鋁礬土煅燒生產線系統現狀

在20世紀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，電氣設備基本可以不使用。后期隨著方窯、梭式窯、回轉窯等窯爐的出現以及產量、規模的擴大，電氣設備的使用越來越多，裝機容量也越來越大。特別是隨著回轉窯的出現，自動控制也開始進入了鋁礬土生產行業。

2.1 單站自動控制生產線

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

以前的耐火材料行業全靠機旁按鈕或者電氣柜上的按鈕來操作，在窯頭設置調節窯速、調節窯尾排風機風門和調節下料量的調節電阻以及通過指針表或者數顯標顯示的兩三個數量有限的溫度測點。看火工完全靠通過窯頭罩觀看窯內情況來調節窯速和下料量，窯頭操作工無法掌握整個窯系統的全部情況，這種形式無法適應大產量的生產線。2004 年，出現了采用單片機做的耐火材料生產線控制系統，由6個單片機站和1 臺上位機站組成。由于采用單片機，后期并未形成規模，也未出現大的發展[2]。

2.2 DCS控制生產線系統

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

2007 年，內蒙某耐材有限責任公司建成一條鋁礬土均化料燒成生產線。該生產線采用了原料濕磨、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。根據負荷有窯頭變壓器、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。生料的配料系統由皮帶秤配料，未納入燒成控制系統中。

2009 年，山西某鋁業有限責任公司建成了一條鋁礬土燒成生產線。該生產線采用了窯尾豎式預熱器預熱、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熱器，并新加了液壓推托、風管冷卻、除塵器、排風機等設備，節省燃料的同時，也提高了產量。生產線根據負荷設置了窯頭變壓器、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。控制系統只有窯頭1個中央控制室，通過2臺電腦來控制整條生產線。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，在節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15 萬t 均質合成耐火原料項目竣工。該項目采用濕法工藝生產鋁礬土均質料，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，極大減少了隧道窯煅燒中碼胚環節的人工，提升了自動化水平。

2014 年，朔州某耐火材料有限責任公司建成了一條年產20 萬t 的鋁礬土均化料燒成生產線。該生產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，系統的總裝機容量達到了6 000 kW，建有高壓室，有4 臺變壓器、2臺高壓電機。該生產線除了工藝以及規模上的改進和加大外，還增加了脫硝脫硫等設備，以滿足日益嚴格的環保要求?？刂葡到y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]。系統的拓撲結構如圖1 所示。

圖1 系統的拓撲結構

近幾年，先進的控制理念和系統相繼開始進入鋁礬土行業，如在配料系統中采用模糊控制[5]，在隧道窯中應用建材行業特別是墻體材料行業的相關自動化技術，如機器人碼胚機等。

3 結束語

總體來說，目前國內鋁礬土均化料行業的單窯產量和規模都不大，有單窯能達到10 萬t/年生產能力的很少，而且整個鋁礬土行業的自動化程度普遍不高，企業對于燒成控制系統也不重視。多數的鋁礬土燒成企業依舊停留在依靠數字表來顯示和調節的階段，做集控系統的鋁礬土燒成企業并不多，整個鋁礬土燒成行業的自動化水平還有待提高。而使用鋁礬土燒成控制系統又對解決當前的用工形勢和擴大生產規模有很大的影響，建議大家在設計鋁礬土燒成生產線時考慮包含燒成控制系統。